Experimental Modeling of the Electron Beam Focusing Regimesin the Axially-Symmetric Systems

(1)

и Х и и Х и Х и иХ Х

Х и - и и Х и

г г *_{, . .} бХ г г

б г - б зб йееем б

( Х29.11.2013рХ online 06.04.2014)

Х Х Х Х Х Х - Х в

Х Х бХ Х Х Х гХ Х Х Х Х

Х Х Х Х - Х Х бХ Х Х Х Х ЧХ

Х бХ гХ Х Х Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Х бХ Х Х

Х Х Х Х Х Х Х Х егек-0.5 Х Х Х

Х Хие г

Х : б бХ б бХ - Х бХ г

PACS numbers: 84.40.Fe, 41.85.Ew

*_{ivanbarsuk@gmail.com}

Х - Х бХ в

Х Х Х Х Х Х в

бХ Х Х Х Х Х

Х Х бХ Х в

. Х Х Х Х Х ЧХ Х в

Х Х Х Х в

Х Х Э )Х Х Х Х бХ Х

Х Х Х - Х Х [1, 2].

Х Х Х Х Х Х

- Х Х Э ) Х

Х Х Х Х Х в

гХ Х Х Х в

Х Х Х Х Х

- Х Х Х в

Х Х бХ Х Х Х Х

Х Х Х Х Э в

Х )Х Х Х [3].

Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х в

Х гХ Х Х в

Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Х Х г

Х Х Х Х Х в

Х - Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х в

Х Х г

1. Х Х Х

Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х

Х Х Х Х в

Х бХ Х Х Х в

Х Х Х« »бХ г г

Х г 1 Х Х Х Х Х

бХ Х Х Х Х Х Х

Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х гХ Х

г 1 Х Х Х Х в

Х Х Х Э Х в

Х Х Х Х )бХ в

Х - Х бХ пХ жХ – в

Х ЭUc), 2 – Х Х ЭUf), 3 – Х ХЭUa1), 4 – Х ХЭUa2).

и . 1– Х Х Х - Х

Х Х Х Х Х Э )Х Х Х в

Х Х ХЭ ) Х Х Х

бХ Х Х 1

Х Х Х Х Х Х Х

бХ Х Х Х Х Х Х

(2)

и 1– Х Х Х в

Х Х - Х

z1 z2 z3 z4 z5 z6 бХ 0.1 0.1 0.5 0.77 1.15 1.35

r1 r2 r3 r4 r5

бХ 0.6 0.7 2.82 2.55 0.25

Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х

Х бХ Х Х Х Х Х

Х бХ Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х в

Х - Х Х гХ

Х п

жгХ Х - Х Х Х

Х Х Х Х

Х Х Х Х Х ЭUf 0) Х в

Х Х Э )Х Х Х

г

згХ Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х

Х Х г

игХ Х Х Х Х

Х Х Х Х в

Х Х Х Х г

Х Х Х Х Х в

Х ХKIcol / Icat (Icol – Х

бХIcat – Х )Х Х в

Х Х Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х гХ Х

Х Х Х Х

Х Х Х Х в

Х Х гХ Х в

Х Х Х бХ в

Х Х Х Х гХ Х Х в

Х Х Х Х Х

I (5  25) Х Х Х Х

U (1 ÷ 4) Х Х Х Х в

Х Х Х ХPmin жгон·же–

8 д 3/2 ХP_{max ~}мго·же– 7 д 3/2бХ г

Х Х Х Х в

Х Х Х Х , в

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х зХ пХP≤ 10– 8 д 3/2 Х

P 10– 6 д 3/2_. Х Х Х Х Х

Х ХI P·U3/2 Х Х

Х Х Х г 2.

Х бХ Х Х Х гзХ в

Х Х бХ Х Х Х

бХ Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х

(U  (1 ÷ 2) )Х Х Х Х в

Х ХЭU > 2 )бХ Х Х Х

гХ Х Х Х , Х

Х Х Х Х Х

Х Х Х

Х Х Х бХ в

Х Х Х Х Х Х

Х Х г

U, B

1 000 2 000 3 000 4 000

I, A

0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20

2

1 3

и . 2– - Х Х Х Х

Х Х пХ жХ – PPmin; 2 – P 10– 7 д 3/2; 3 –PPmax

2. - Х Х

Х Х Х в

Х (Uf0) Х

Х Х Х

Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х

Х Х Х Х ХUf 0 чбХ Х

Х - Х Х Х Х Х

Х Х Х – 0.7 бХ Х Х

Х Х Х Х Icat≈ 2.4 ÷ 6 Х

Э Х Х Х Х Х )г

Х Х Х гиХ Х Х в

Х - Х Х

Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х

Х Х Х Х Х

Ua2  (1 ÷ 3) гХ Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х Х Х

Х Х бХ Х Х

Х Х Х Х Х

Х г

и . 3– Х Х

Х Х Х ХUa1 ХUa2

Х Х в

Х Х Х Х в

Х бХ Х Х Х в

Х Х гХ бХ Х г 3

бХ Х Х ХUa1 Х Х в

Х Х Х Х Х Ua1  (40 ÷ 80) Х 40 60 80 100 120 140

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Icol/Icat

U_a2=1 кВ

Ua2=1.4 кВ

U_a2=1.8 кВ

U_a2=2.2 кВ

U_a2=2.6 кВ

U_a2=3 кВ

(3)

бХ Х Х Х в

Х Х Х Х ХUa2бХ Х

Х Х Х Х Х

Х Х Х Х Х г

Х Х Х Х в

Х Х Х бХ Х Х

Х Х Х Х Х

бХ Х Х Х Х Х Х Х

Х гХ Х Х бХ

ХUa1 Х Х Х Х Х бХ

Х бХ Х Х Х Х в

Х бХ Х Х Х Х Х

Х Х Х Х

гХ Х бХ ХIa2, в

Х Х Х Х в

Х бХ Х Х Х Х в

Х Х Х г

Х Х Х Х Х

Х Ua1  (100 ÷ 140) бХ Х Х Х

Х Х ХUa2  (0 ÷ 3) Х

ХUa1  100 Х Х

Х Х бХ Х в

Х Х Х гХ бХ Х Х

Х Ua1  (100 ÷ 140) Х Х

г

Х бХ Х Х в

Х гиХ Х Х Х Х

Х Х Х Х в

Х Х ХIcol/Icat≈ 93 % Х в

ХUa1  80 бХ Х Х Х

ХIcol 9.1 цг Х Х Х

ХUa2 ХUa1 Х Х Х

Х Х Х Х ХЭIcat > 15 )бХ в

Х Х Х бХ в

Х бХ Х Х Х в

Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х г

3. Х

Х

Х Х Х Х в

Х Х бХ Х Х Х ХUf

Х гХ Х Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х в

Х Х Х г

Х Х Х Х Х[4] в

Х Х Х Х в

Х Х Х бХ г гХ Х

бХ Х Х Х . в

Х Х Х Э Х

)Х Х Х Х в

Х Х Х бХ Х Х в

Х бХ Х Х – в

Х Х гХ Х бХ в

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х г

ХЭ Х Х Х Х в

Х )Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х[4]:

 

2 3 2

max , , ,

1

f

r a

I I t bt b

R b a

     

  _ _  



  (1)

ХI – Х бХI max – Х в

Х Х бХt – Х Э )Х

Х бХ Х в

Х Х б r – Х Х в

Х бХRf – Х Х Х в

бХ ( , b) – бХ Х в

Х Х Х Х Х

Х бХa – Х бХ

Х Х г

Х Х бХ Х

Х Х Х Х Х

Х бХ Хt Х Х

Х Х Х Х Х п



0



0

1 f f ,

f

U U U

t

U U 

  (2)

ХUf– Х бХUf0 – в

Х Х бХU – Х в

Х Х Х Х Х в

Х– гХ Х Х бХ Х

Х Х Х п

1 a1 a,

U U D U (3)

Х Da1 – Х Х гХ Х

ХDa1 Х Х Х в

Х Х Х Х Х в

Х Х гХ Х Х в

Х бХ Х Х Х ХUa1  140 Х Х

Ua1 Ucat 3 бХ Х Х Х

Х Х Х ХDa1  (0.068 ÷ 0.32)

Х Х - Х гХ Х Х

Х Х Х Х Х

Da1  0.126гХ Х Х Х Х Х

Х Х Э г 4)

бХ Х г 1.

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

I

cat

,

мА

0

-40 -30 -20 -10 0

Uf0, B

и . 4– Х Х Х

(4)

Х Х Х гйбХ Х Х в

Х Х Uf0 – 37 гХ Х Х

Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х

UfбХ Х Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х ХUf (Uf0 ÷ 0).

4. Х Х в

Х Х Х Х

Х Х Х

Х Х Х Х ХUf

Х Х Х ХK

Х Х Х Х Х Х

Ua1  (20 ÷ 160) Х Х Х Х

Ua2  (1 ÷ 4) гХ Х Х Х в

Х Х Х гкпХ Х Х–

Х (Ua2  2 )бХ Х –

Х ХЭUa2  3 )г

и . 5 – Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х

пХ Х Х – Х бХ

Х Х– Х

Х Х Х Х в

Х Х бХ Х Х Х

Х K Х Х

Uf (– 20 ÷– 10) B Э Х Х ,

бХ Х Х гк)гХ Х Х Х

Х Х Х ХUa2,

Х Х Х Х Х Х Х гХ

Х Х Х в

Х Х Х Х в

Х ХЭ Х Х Х в

Х Х )бХ Х г

Х Х Х Х Х Х

ХUa2 ≈ 1 Х Х Х Х в

Х Х Х Э Х

50 %)бХ Х Х ХIcat 0.025 A Х Х

Х Х Х Х Х в

Х Х Х гХ Х Х Х Х

ХUa2 Х з Х Х Х Х

Х Х Х Х

гХ Х Х Х г 5 – Х бХ в

Х Х Х

Uf (– 10 ÷ 0) B Х Х оо%гХ Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

Ua1  (80 ÷ 120) г

Х бХ Х Х Х Х

Х Х Х Х Х

Х Х Х гХ в

Х бХ Х Х

Х Х Х бХ Х Х Х Х в

Х бХ Х Х в

бХ Х Х Х Х Х

Х гХ Х Х Х Х Х

бХ Х Х Х Х Х

Х гХ Х Х в

Х Х Х Х Х

бХ Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х

-бХ г гХ Х Х в

Х гХ Х Х Х в

Х - Х Х Х Х Х

Х бХ Х Х в

Х бХ бХ бХ Х

Х Х Х Х Х гХ Х

Х Х Х Х Х

бХ Х Х гХ бХ

Х Х Х Х Х Х

бХ ХυminбХ Х Х Х бХ в

Х Х Х бХ

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х гХ в

Х бХ Х Х Х Х Х Х Х

Х Х бХ Х Х в

Х Х Х[5].

Х Х Х Х в

Х Х Х ХUf (0 ÷ 10) Х–

100 %ХЭ г 5 – )гХ Х бХ Х Х

бХ Х Х Х в

Х Х Х Х Х в

Х гХ бХ ХIcat 0.025 Х Х в

Х Х Х Х мй%бХ Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Х

Х Х Хлз %.

Х Х Х гкХ Х бХ Х

Х Х Х ХUa2 в

ХUf, Х Х Х в

Х Х Х Х Х в

бХ Х Х Х Х Х

Uf– 10 Х Х Х Х Uf + 10 Х

Э г 5 – )г

5.

Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Х бХ

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х гХ Х Х

Х Х - Х

Х - Х Х

Х Х Х Х в

Х Х бХ Х Х в

-40 -30 -20 -10 0 10 20

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

I_col/I_cat

U_f, B

Ua1=40 B Ua1=80 B U_a1=140 B

U_a1=20 B

U_a1=80 B

(5)

Х Х Х Х г

жгХ Х Х Х в

Х Х Х бХ Х в

Х Х Х Х

-Х Х Х Х

Х Х Х

2. Х Х Х ХI (5 ÷ 25) Х Х

Х Х Ua2  (1 ÷ 4) Х Х

Х Х Х бХ в

Х Х ХЭUa2  (1 ÷ 2) )Х Х

ХЭUa2 зХ )Х Х г

игХ бХ Х Х Х Х

Х Х Х Х Х

Uf (– 20 ÷– 10) Х ХUa1  (80  120) гХ Х в

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х в

Х Х Х Х ХUf (0 ÷ 10) бХ Х Х Х ХK≈ (80 ÷ 90) %.

Х Х Х Х в

Х Х « »Х Э гХ )Х Ч г гХ Х

Х Х Х Х Х Х

Х Х Х Х г

Х Х Х Х Х в

№ 0112U001379.

Experimental Modeling of the Electron Beam Focusing Regimes in the Axially-Symmetric Systems

I.V. Barsuk, G.S. Vorobyov, A.A. Drozdenko

Sumy State University, 2, Rimsky-Korsakov Str., 40007 Sumy, Ukraine

The paper describes the results of the experimental research of the volt-ampere characteristics of the three-electrode electron gun. Such systems are widely used in the electron-ray devices meant for getting visible image on the screen, and in microwave devices, such as TWT, BWT, as well. On the basis of the ex-perimental results practical recommendations of how to choose the optimal voltage regimes on the focusing electrodes were made, which allows to form paraxial axially-symmetric beams with the diameter in crosso-ver about 0.05-0.5 mm and beam current up to 30 mA.

Keywords: Beam, Electron-optical system, Field, Potential, Electrode, Focusing.

и Х Х и і Х Х и Х і

Х і - и и и Х и

Іг г , . . бХ г г

б г - б зб йееем б

Х Х Х Х Х Х - Х Х

Х бХ Х Х Х гХ Х Х Х Х в

Х Х Х - Х бХ Х Х Х Х Х Х в

бХ Х Х Х Х ЧХ Х бХ гХ Х Х Х Х Х

Х Х Х Х Х Х Х Х Х бХ Х в

Х Х Х - Х Х Х Х Х Х Х

0.05-0.5 Х Х Х Х Хие г

іХ : б - Х б бХ бХ бХ г

Х

1. Э в

х Э гХ г г бХ г г )Х Э в

пХ пХзеем)г

2. Vacuum Electronics. Components and Devices: Ch. 4 (Ed.

by J.A. Eichmeier and M.K. Thumm) (Berlin Heidelberg New York: Springer: 2008).

3. Solutions and applications of scattering, propagation,

ra-diation and emission of electromagnetic waves: Ch. 8

( d. by A. Kishk) (Rijeka: InTech: 2012).

4. г г , Э я

-ч Э пХ гХ пХжомз).

5. х я ч Э гХ г )