Пушки Пирса с параллельным пучком

Используя формулу для фокусного расстояния, можно вычис­лить угол наклона электронных траекторий на выходе из электрон­ной пушки a ≈ tg a ≈ . Для граничных электронов и потока (у = уп) получаем . Как следует из этого выражения, расфокусирующее действие анодного отверстия возрастает по мере увеличения отношения тол­щины потока к междуэлектродному расстоянию.

Влияние расфокусирующего дейст­вия анодного отверстия можно сущест­венно уменьшить, если закрыть его достаточно густой сеткой.

В этом случае преломление электронных траекторий будет определяться формулой:

где h — шаг сетки.

3.2. Формированиeпараллельного цилиндрического (осесимметричного) пучка.

Рис. 10. Схематическое изображение пушек Пирса для формирования

цилиндриче­ского пучка

На рис. 10 схематически изображена пушка Пирса для формирования параллельного цилинд­рического (осесимметричного) пучка.

Электронная система пушки состоит из катода, прикатодного фокусирующего электрода с потенциалом катода и анода с поло­жительным по отношению к катоду потенциалом.

При формировании параллельного пучка катод должен иметь плоскую форму, а прикатодный элек­трод вблизи катода — форму усеченного конуса с углом наклона образующей 67,5° к перпендикуляру, проведенному к краю катода.

Анод может быть либо плоским диском с отверстием, либо иметь выпуклую в сторону катода форму в соответствии с формой одной из эквипотенциальных поверхностей, удаленных от катода (см. рис. 11).

Рис. 11. Распределение потенциала вблизи цилиндрического пучка

Как видно из приведенного рисунка, эквипотенциальные по­верхности имеют довольно сложную форму и изготовление электро­дов в точном соответствии с рассчитанной конфигурацией приводит к техническим затруднениям. В то же время для формирования пучка решающее значение имеет распределение потенциала в не­посредственной близости к его границе. Исследования показали, что изменение электродов вдали от электронного потока мало ска­зывается на распределении потенциала вдоль его границы.

Практически вполне достаточно выдержать необходимое (совпадающее с расчетным) распределение потенциала на расстояниях одного-полутора диаметров пучка от его границы. Кроме того, следует учитывать, что наличие анодного отверстия приводит к появлению рассеивающей линзы в области анодного электрода. Для компенсации рассеивающего действия анодной линзы необходимо либо изменить форму анода, либо (чаще) поместить пушку в про­дольное магнитное поле. При наличии ограничивающего магнит­ного поля форма анодного электрода практически не влияет на кон­фигурацию пучка.

Приведенные соображения показывают, что при конструирова­нии пушек вполне возможно выбирать упрощенную форму элек­тродов, обеспечивающую необходимое распределение потенциала лишь вблизи границы пучка. Вдали от границы пучка форму элек­тродов выбирают исходя из конструктивных соображений: просто­ты изготовления, удобства крепления и т. д. Упрощенную форму электродов можно наиболее просто подобрать моделированием в электролитической ванне.

В качестве примера на рис. 5 показано сечение электродной системы, обеспечивающей у границы пучка пирсовское распределение потенциала.

Рис. 12. Упрощенная форма электродов пушки Пирса

Как видно из рисунка, форма электродов весьма далека от тео­ретической (идеальной).

Из аналитических расчетов следует, что нулевая эквипотенци­альная поверхность должна подходить к границе пучка у поверх­ности катода под углом 67,5°. Точное выполнение этого условия в практической конструкции пушки возможно лишь при изготовлении катода и прикатодного фокусирующего электрода в виде единой детали — усеченного конуса, меньшее отверстие которого закрыто катодом.

Однако такое решение неприемлемо по следующим при­чинам: фокусирующий электрод, имеющий металлический контакт с термокатодом, будет играть роль радиатора, отводящего тепло от периферийной зоны катода, и для поддержания рабочей тем­пературы катода, обеспечивающей необходимую величину тока эмиссии, потребуется существенное увеличение мощности подогре­вателя.

Кроме того, при работе катода имеет место миграция ак­тивного вещества (бария с оксидного катода) на поверхность фоку­сирующего электрода, что приводит к появлению паразитного тока электронной эмиссии с поверхности нагретого прикатодного элек­трода. Паразитный эмиссионный ток может существенно исказить распределение потенциала в прикатодной области и как следствие привести к заметному изменению условий формирования пучка.

Поэтому в практических конструкциях пушек между кромкой като­да и краем фокусирующего электрода обязательно должен быть хотя бы небольшой кольцевой зазор. Здесь возможно два конст­руктивных решения. При достаточно большом катоде отверстие в прикатодном электроде делается с радиусом, превышающим радиус катода на ширину зазора (рис. 6-а).

Рис. 13. Конструкции прикатодных электродов

В случае же малых катодов, когда для размещения подогревателя необходима полость с диа­метром, превышающим диаметр эмиттирующей части катода, фоку­сирующий электрод располагается перед катодом. В обоих случаях поле вблизи зазора искажается, эквипотенциаль­ные поверхности «провисают» в зазор. Это «провисание» поля при­водит к искривлению траекторий электронов, испускаемых периферийной частью катода.

Возмущение крайних траекторий полем зазора является очень нежелательным явлением, так как именно крайние электроны определяют конфигурацию пучка и оседание части электронного потока на электроды фокусирующей системы. Искажение поля вблизи зазора зависит не только от ширины са­мого зазора, но также от формы краев катода и фокусирующего электрода. Технологические скругления кромок приводят к увели­чению «провисания» поля и возмущению большей доли электронов.

Расчет показывает, что при ширине зазора 0,1 мм и радиусе скруг­ления кромки катода того же порядка доля возмущенных электро­нов может составить 10—15% от общего электронного потока, ухо­дящего с катода. Таким образом, при проектировании пушек не­обходимо стремиться к уменьшению ширины зазора и делать кромки электродов возможно более острыми.

Некоторое снижение доли возмущенных электронов удается получить путем подведения к фокусирующему электроду небольшого отрицательного относи­тельно катода коррегирующего напряжения. В этом случае у краев катода создается тормозящее поле, препятствующее уходу электро­нов с краев катода. Конечно, при этом несколько уменьшается общий ток пучка, однако регулировкой коррегирующего напряже­ния удается заметно уменьшить оседание электронов на положи­тельно заряженные электроды системы формирования.

1	2	3	4	5	6	7	8