ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Электродные узлы из "Лазеры на парах меди - конструкция, характеристики и применения " Основным требованием, которое предъявляется к электродам 4 и 5 (см. рис. 2.5), является обеспечение стабильного горения высоковольтного импульсно-периодического дугового разряда с длительностью и амплитудой импульсов тока 50-150 не и 200-500 А соответственно. Выполнение этого требования позволяет повысить стабильность характеристик выходного излучения. При этом катод работает в очень тяжелых условиях. Токоотбор большой величины за короткий промежуток времени и ионная бомбардировка приводят обычно к быстрому разрушению катодов. Поэтому требования к катоду ЛПМ очень жесткие. Катод как эмиттер должен обеспечивать высокую концентрацию заряженных частиц в разрядном промежутке, быть стойким к воздействию ионной бомбардировки и иметь большую долговечность. [c.45] Кроме того, конструктивно электроды должны быть такими, чтобы не перекрывать апертуру разрядного канала, и должны располагаться так, чтобы длина разрядного промежутка была близка к размеру активной зоны. [c.46] Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованию ЛПМ, условия работы катода и требования к нему обсуждаются мало. Однако без их рассмотрения практически невозможно создание надежной конструкции АЭ со стабильными параметрами в течение длительной наработки. Поэтому одним из основных вопросов было выяснение влияния материала катода на характеристики ЛПМ. [c.46] В качестве катода были опробованы как тугоплавкие материалы и их соединения (W, Та, Мо, W-Ba, W-Re, W- u), так и материалы с высокой теплопроводностью (сталь, Си, сплав 29НК) и легкоплавкие (In, РЬ). Использовался также W-Ва-катод с косвенным накалом. Было отмечено, что в случае использования катода из таких материалов разряд горит преимущественно нестабильно может приобретать диффузную форму горения с большой поверхности и локализоваться в пятно размером около 1 мм. Материал катода не оказывал заметного влияния на газоразрядные характеристики и среднюю мощность излучения, но импульсная нестабильность практически всегда имела место. Лучшие результаты по повышению стабильности были получены с W-Ва-катодом при давлениях неона более 50 мм рт. ст., когда разряд локализовался в малое пятно (1-2 мм). Мощность излучения при косвенном подогреве W-Ва-катода (1150°С) не превышала мощности в случае холодного W-Ва-катода, но разряд горел стабильно. При этом для подогревателя катода требуется низковольтный источник питания, развязанный от высоковольтного напряжения на АЭ. Последнее конструкцию прибора усложняет. [c.47] Способ изготовления металлопористых пропитанных катодов заключается в следующем. Порошок вольфрама тщательно перемешивается с парафином и прессуется гидростатическим способом в цилиндрические столбики при давлении 1,5-2 т/см . Парафин удаляется путем медленного нагревания столбиков в водороде до 300°С. При повышении температуры до 2000°С столбики спекаются, приобретая определенную пористость. Следующая, наиболее ответственная операция состоит в пропитке губки активным веществом при 1800°С в водороде. После пропитки избыток активного вещества с поверхности губки удаляется. Очищенная губка завальцовывается в цилиндрический молибденовый держатель. Изготовление прессованных катодов несколько проще. Порошок ( 90% W) и активное вещество тщательно перемешиваются, прессуются и спекаются в восстановительной или инертной среде при температуре, превышающей температуру плавления активного вещества. [c.48] В процессе эксплуатации катода, вследствие восстановления активного вещества вольфрамом, непрерывно образуется свободный барий, обеспечивающий активность катода. Работа выхода катода с алюмосиликатом бария составляет 2-2,2 эВ. Часть бария, поступающего на поверхность губки, испаряется, окисляется остаточным кислородом и подвергается распылению вследствие ионной бомбардировки. [c.48] В момент включения прибора, когда катод холодный, также возможно перебрасывание разряда на другие элементы электродного узла, ловушки и спай металл-стекло (как и в случае PNe 40 мм рт. ст.). Поэтому для того, чтобы катод приработался , т. е. локально разогрелся, рекомендуется производить постепенный подъем потребляемой мощности до номинального значения (достаточно 3-5 мин). На рис.2.9 представлен фрагмент концевой секции с отвалившейся ловушкой, расплавленной в момент перебрасывания на нее разряда при резком включении номинального питания. [c.49] В W-Ва-катоде подложкой является пористая губка из вольфрама. С целью выбора такого материала подложки катода, который имел бы наименьшее распыление в жестких условиях работы АЭ при высоких давлениях неона (когда обеспечивается высокая долговечность), был исследован катод из чистого вольфрама. Вольфрам из всех тугоплавких металлов имеет самую высокую температуру плавления — 3400°С. Вольфрамовое кольцо таких же размеров, как и W-Ва-катод, испытывалось в АЭ ГЛ-201. Для того чтобы разряд горел только с поверхности вольфрамового кольца и не перебрасывался на другие элементы, со стороны выходного окна в электрод вставлялась керамическая втулка из материала марки А-995 длиной 40 мм. Средние мощности излучения имели примерно такие же значения, как и в случае W-Ва-катода. Но нестабильность горения разряда имела место практически во всех режимах испытаний, которые приводили к существенным колебаниям импульсной энергии. Ценным результатом испытаний оказалось то, что на поверхности вольфрамового кольца имелись следы плавления и эрозии. Отсюда следует важный вывод, что даже самый тугоплавкий металл — вольфрам — под действием высоковольтного импульсного разряда ЛПМ начинает разрушаться и применять в качестве подложки катода другой материал нежелательно. [c.50] Ни в одной работе по ЛПМ не приводилось данных о катодах, которые обеспечивали бы устойчивое горение разряда при высоких давлениях неона и длительной наработке. Исключением является работа [194], в которой удалось поднять давление неона с 40 до 100 мм рт. ст. за счет протачивания в полом медном цилиндре кольцевых канавок размером в доли миллиметра, т. е. за счет достижения эффекта полого катода. В большинстве известных работ по ЛПМ давление буферного газа неона составляет 10-50 мм рт. ст., при котором разряд с катода горит диффузно. В качестве катода чаще всего применяют полые цилиндры из различных материалов (Nb, Та, Мо и др.), а в ряде работ используют электроды из ламп вспышек с медными стружками . В этих случаях удельные электрические и тепловые нагрузки минимальны и практически в качестве катода может работать любой металлический материал. В 1980 г. нами исследован АЭ с медным полым цилиндрическим катодом с продольными канавками на внутренней поверхности и с внешним радиатором для естественного охлаждения. Рабочий (внутренний) диаметр катода был равен 22 мм, длина 40 мм. Диаметр разрядного канала составлял 15 мм, длина 810 мм. При ЧПИ 9,5 кГц, Снак = 2200 пФ, С б = = 235 пФ и потребляемой мощности Рвыпр = 2,7-2,8 кВт изменение давления от 20 до 760 мм рт. ст. привело к снижению мощности излучения с 14 до 8 Вт. При pNe 50 мм рт. ст. разряд горел диффузно со всей внутренней поверхности цилиндра, а при pNe ЮО мм рт. ст. разряд локализовался в пятно малого диаметра и перемещался по всей поверхности, интенсивно распыляя материал (медь). Эффективность работы данного медного катода такая же, как и в работе [194. [c.51] Впоследствии с целью экономии в отпаянных АЭ в качестве анода стали применять кольцо из молибдена марки МЧ такой же конструкции, как и W-Ва-катод. Анод из молибдена частично распыляется. Для материала анода использовались и менее тугоплавкие металлы, например сталь, но при этом происходит интенсивное распыление материала. [c.51] Вернуться к основной статье