Результат интеллектуальной деятельности: Способ высоковольтной тренировки отпаянного электровакуумного прибора с металлопористыми катодами

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к технологии высоковольтной тренировки электровакуумных приборов (ЭВП).

В результате высоковольтной тренировки прибор приобретает стабильные параметры по току утечки.

Известен способ высоковольтной тренировки ЭВП неотпаянного прибора на откачном посту. [Иориш А.Е. и др. «Основы технологии производства электровакуумных приборов», «Энергия», Л., 1971. - стр. 242-243.]

Способ заключается в том, что подачу тренирующего высокого напряжения производят непосредственно на откачном посту до отпайки ЭВП, причем давление газа вакуумной системы откачного поста должно быть не выше (2-5)⋅10^-6 мм рт.ст. (2,66⋅10^-4 Па - 6,65⋅10^-4 Па). Давление газов измеряют по показаниям преобразователей давления откачного поста.

Указанный способ имеет ряд недостатков - при проведении высоковольтной тренировки повышается давление газа в вакуумном объеме ЭВП и в вакуумной системе откачного поста, что вызывает отравление катода и снижает его эмиссионные характеристики;

- не учитываются проводимости вакуумной системы откачного поста, штенгеля и ЭВП, что приводит к неточному измерению давления в приборе;

- затруднено удаление выделяющихся газов в процессе тренировки вследствие малой проводимости штенгеля откачиваемого ЭВП;

- затруднена регулировка давления газа откачиваемого ЭВП.

Наиболее близким к описываемому изобретению является способ высоковольтной тренировки отпаянных ЭВП на постоянном напряжении, включающий использование внутренних насосов в виде геттеров или других встроенных в ЭВП средств откачки, которые успевают откачивать выделяющиеся газы во время высоковольтной тренировки. Внутренним насосом может быть встроенный в ЭВП магнитный электроразрядный насос (НЭМ). [Черепнин Н.В. Сорбционные явления в вакуумной технике. М., «Советское радио», 1973.]

Высоковольтная тренировка отпаянных ЭВП на постоянном напряжении осуществляется на специальном стенде до тех пор, пока ток утечки между тренируемыми электродами становится меньшим или равным допустимому значению и пробои в ЭВП прекратятся. Затем выбирают следующую пару электродов и проводят высоковольтную тренировку.

Недостатками способа-прототипа являются:

- при поддержании высокого вакуума с помощью внутренних насосов отпаянных ЭВП уменьшается вероятность возникновения пробоев между тренируемыми электродами [Корепин Г.Ф. Термовакуумная обработка электронной пушки и вероятность электрических пробоев высоковольтных ЭВП // Вакуумная техника и технология. - 2007. - Т. 17, №2. - С. 123-130.];

- низкое давление газа снижает содержание газа на поверхностях тренируемых электродов ЭВП, что также уменьшает вероятность возникновения пробоев [Татаринова Н.В. Вакуумная электроизоляция (обзор) // Вакуумная техника и технология. - 2003. - Т. 13, №1. - С. 3-29].

Приведенные недостатки способа-прототипа приводят к высокому току утечки между тренируемыми электродами, который не уменьшается длительной высоковольтной тренировкой.

Техническим результатом предлагаемого способа является уменьшение тока утечки между электродами ЭВП при повышении давления газов во время высоковольтной тренировки, что позволяет повысить электрическую прочность приборов.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ высоковольтной тренировки отпаянного электровакуумного прибора с металлопористыми катодами и внутренним средством откачки включает высоковольтную тренировку электродов на постоянном напряжении. Внутреннее средство откачки выполнено в виде магнитного электроразрядного насоса, который включают вначале высоковольтной тренировки и подают напряжение между сеткой и катодом прибора. После высоковольтной тренировки замеряют ток утечки. Если ток утечки больше стандартной нормы для этого прибора, то насос выключают и подают напряжение между сеткой и анодом, в результате чего давление газов в приборе возрастает. Включают насос, измеряют давление и, если давление выше 1,6⋅10^-3 Па, снижают это давление газа так, чтобы давление газа находилось в интервале от 2,1⋅10^-4 до 1,6⋅10^-3 Па. Затем насос выключают и продолжают высоковольтную тренировку между сеткой и катодом. При достижении тока утечки стандартной нормы включают насос и откачивают прибор.

Для повышения давления газов в отпаянном ЭВП выключают магнитный электроразрядный насос и подают напряжение между сеткой и анодом. После подачи напряжения между сеткой и анодом происходят интенсивные газовыделения из-за возникающих пробоев, либо при отсутствии пробоев после длительной выдержки под напряжением также происходит интенсивное газовыделение. Затем включают насос и если давление газов в приборе превышает 1,6⋅10^-3 Па, то его снижают так, чтобы оно находилось в интервале от 2,1⋅10^-4 до 1,6⋅10^-3 Па, после этого насос выключают.

Превышение давления газов выше 1,6⋅10^-3 Па в процессе высоковольтной тренировки оказывает вредное влияние на ток термоэлектронной эмиссии металлопористых катодов. Снижение давления газов ниже 2,1⋅10^-4 Па снижает вероятность возникновения пробоев и эффективность тренировки. Повышенное давление газа ЭВП в интервале (2,1⋅10^-4 - 1,6⋅10^-3) Па обеспечивает увеличение частоты возникновения пробоев между любыми электродами ЭВП при высоковольтной тренировке, что вызывает уменьшение тока утечки между тренируемыми электродами и повышает электрическую прочность.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлены графики зависимости термоэлектронной эмиссии катодов клистрона от тока накала подогревателя, где:

а) высоковольтная тренировка электродов сетка и катод прибора при повышенном давлении газа 7,98⋅10^-3 Па, где 1 - изменение тока термоэлектронной эмиссии во время откачки прибора на откачном посту, 2 - изменение тока термоэлектронной эмиссии после высоковольтной тренировки;

б) высоковольтная тренировка электродов сетка и катод прибора при повышенном давлении газа 1,6⋅10^-3 Па, где 1 - изменение тока термоэлектронной эмиссии во время откачки прибора на откачном посту, 2 - изменение тока термоэлектронной эмиссии после высоковольтной тренировки.

На фиг. 2 представлены вольтамперные характеристики (ВАХ) промежутка сетка-катод клистрона, где:

1 - после высоковольтной тренировки с включенным магнитным электроразрядным насосом при давлении газа ниже 10^-6 Па;

2 - после высоковольтной тренировки при повышенном давлении газа 4,26⋅10^-4 Па с выключенным магнитным электроразрядным насосом.

Пример

Высоковольтная тренировка мощного многолучевого клистрона. Клистрон является триодом (имеет три электрода - сетка, катод, анод). Вакуумный прибор отпаян и имеет 15 металлопористых катодов. Внутреннее средство откачки выполнено в виде диодного магнитного электроразрядного насоса.

Высоковольтная тренировка мощного многолучевого клистрона начинается с подачи постоянного напряжения 12 кВ (минусовая полярность на сетке) между сеткой и катодом при включенном насосе до устранения пробоев (пробои не должны возникать в течение 10 минут). Замеряют ток утечки между сеткой и катодом. Если он превышает стандартную норму для этого прибора, а именно больше 0,1 мА, выключают магнитный электроразрядный насос и подают постоянное напряжение 36 кВ (минусовая полярность на сетке) между сеткой и анодом. Во время высоковольтной тренировки возникают пробои в вакуумном промежутке сетка-анод, в результате чего давление газа в клистроне возрастает. Включают насос и если давление газа превышает 1,6⋅10^-3 Па, то снижают давление газов до интервала от 2,1⋅10^-4 Па до 1,6⋅10^-3 Па и выключают насос.

Величину давления газов в клистроне (в Па) определяли по известной формуле:

где I - ток магнитного электроразрядного насоса в мкА, h = 5,32 Па/мкА - чувствительность магнитного электроразрядного насоса как преобразователя давления. В нашем примере давление газов по току насоса составило 80 мкА (4,26⋅10^-4 Па).

При выключенном насосе высоковольтную тренировку мощного многолучевого клистрона продолжают между сеткой и катодом до достижения тока утечки не выше 0,1 мА, что является стандартной нормой для этого прибора. Затем включают магнитный электроразрядный насос и производят откачку прибора ниже 10^-6 Па.

Повышение давления газа ухудшает эмиссионные свойства катодов. После высоковольтной тренировки при давлении газов 7,98⋅10^-3 Па, что превышает давление газов 1,6⋅10^-3 Па, кривая тока термоэлектронной эмиссии (фиг. 1, а, 2) не соответствует кривой тока термоэлектронной эмиссии, снятой до тренировки (фиг. 1, а, 1). Следовательно, катоды в приборе частично потеряли свою работоспособность.

После высоковольтной тренировки при давлении газов 1,6⋅10^-3 Па кривая тока термоэлектронной эмиссии катодов значительно не изменилась (фиг. 1, б, 2) по сравнению с кривой тока термоэлектронной эмиссии, снятой до тренировки (фиг. 1, б, 1). Следовательно, катоды в приборе не потеряли свою работоспособность после тренировки при повышенном давлении газов до 1,6⋅10^-3 Па.

Из вольтамперной характеристики 1 промежутка сетка-катод (фиг. 2) видно, что после высоковольтной тренировки с включенным насосом ток утечки при 7 кВ составляет 0,14 мА, что превышает допустимую норму для этого прибора. Норма тока утечки для этого клистрона составляет 0,1 мА при 12 кВ.

После предлагаемой высоковольтной тренировки клистрона из вольтамперной характеристики 2 видно, что ток утечки при 7 кВ не обнаружен (составляет 0 мА), а при 12 кВ составляет 0,01 мА (фиг. 2).

Следовательно, ток утечки уменьшился после высоковольтной тренировки при повышенном давлении газов 4,26⋅10^-4 Па.

Измерение вольтамперных характеристик клистрона проводили при включенном магнитном электроразрядном насосе при давлении ниже 10^-6 Па и без балластного сопротивления стенда тренировки.

Предлагаемый способ высоковольтной тренировки повышает электрическую прочность вакуумной изоляции прибора за счет уменьшения токов утечки между тренируемыми электродами при повышенном давлении газов. Электрическая прочность клистрона между сеткой и катодом после высоковольтной тренировки при повышенном давлении газов (4,26⋅10^-4 Па) повысилась на 8 кВ (фиг. 2, 2).