一種圓片陣列陰極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陰極，尤其是一種圓片陣列陰極，屬于高功率微波技術(shù)領(lǐng)域中的微波源領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]磁絕緣線振蕩器(MagneticallyInsulated Transmiss1n Line Oscillator,MILO)是一種重要的高功率微波源，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外高功率微波源研究的熱點(diǎn)之一。陰極是MILO的重要組成部分，良好的陰極設(shè)計(jì)是MILO獲得高性能的前提。傳統(tǒng)MILO —般采用化纖天鵝絨陰極，由于化纖天鵝絨陰極不耐高溫?zé)g，故其運(yùn)行壽命較短。這是制約MILO長(zhǎng)壽命運(yùn)行的最主要問(wèn)題。
[0003]傳統(tǒng)的緊湊型MILO陰極由陰極座、錐形段、側(cè)向陰極、軸向陰極和天鵝絨組成(文獻(xiàn)1:樊玉偉等，改進(jìn)型磁絕緣線振蕩器的實(shí)驗(yàn)研究，等離子體科學(xué)，2007，Vol.35 (4): 1075.Y.ff.FAN, et al, Experimental investigat1n of an improved MILO，IEEE Trans.PlasmaSc1.，2007，Vol.35 (4): 1075)，如圖1所示。圖1為傳統(tǒng)的緊湊型MILO陰極剖視圖，在圖1中，I是陰極座、2是錐形段、3是側(cè)向陰極、4是軸向陰極，5是天鵝絨。其中天鵝絨為化纖材料，其余為不銹鋼材料。為了敘述的方便，下文規(guī)定:陰極座I所在的一端為左端，軸向陰極4所在的一端為右端。其結(jié)構(gòu)與裝配關(guān)系是:陰極座I為圓柱狀，右端留有螺孔；錐形段2左端為圓筒狀，外徑與陰極座I外徑相等。錐形段2左端帶有螺紋，旋入陰極座I右端的螺孔中。錐形段2右端為半徑漸增的錐形筒結(jié)構(gòu)，其最右端的內(nèi)外半徑與側(cè)向陰極3的內(nèi)外半徑分別相等。側(cè)向陰極3為空心圓筒，錐形段2與側(cè)向陰極3進(jìn)行一體化加工形成一個(gè)整體。側(cè)向陰極3右端留有螺孔。軸向陰極4右側(cè)為圓盤狀，左側(cè)帶有螺紋，旋入側(cè)向陰極3右端的螺孔中。在側(cè)向陰極3與軸向陰極4的外表面粘貼天鵝絨5作為陰極發(fā)射材料。
[0004]使用中，陰極置于真空室中，與陽(yáng)極之間存在高電壓。在高電壓作用下，天鵝絨纖維的尖端會(huì)產(chǎn)生陰極等離子體，進(jìn)而產(chǎn)生相對(duì)論電子束，形成大電流。陰極等離子體溫度通常高達(dá)1000攝氏度以上，如此高的溫度會(huì)導(dǎo)致化纖天鵝絨纖維的尖端因燒蝕而彎曲。彎曲的天鵝絨纖維又導(dǎo)致其發(fā)射電子束的均勻性和發(fā)射能力的下降，進(jìn)而導(dǎo)致微波源技術(shù)性能的下降。由此可見(jiàn)，化纖材料天鵝絨的一個(gè)重要缺點(diǎn)就是耐燒蝕性能差(文獻(xiàn)2:Yu-WeiFan,et al,Repetit1n rate operat1n of an improved magnetically insulatedtransmiss1n line oscillator ；Physics of Plasmas, 2008，Vol.15(8):083102)。圖 2 所示是化纖天鵝絨纖維在工作前的電子掃描顯微鏡圖片，圖3所示是化纖天鵝絨纖維在工作200個(gè)脈沖之后的電子掃描顯微鏡圖片，可以看出工作之后化纖天鵝絨纖維由于燒蝕變得彎曲，而且均勻性也變差了。
[0005]化纖天鵝絨陰極的優(yōu)點(diǎn)是絨毛均勻性好，因此發(fā)射電流均勻，缺點(diǎn)是耐高溫?zé)g性差，而碳纖維、玻璃纖維的耐高溫?zé)g性能好，但是目前對(duì)碳纖維、玻璃纖維的植絨技術(shù)還不成熟，還不能植出達(dá)到化纖天鵝絨均勻性的碳纖維天鵝絨或者玻璃纖維天鵝絨。因此設(shè)計(jì)一種新型陰極結(jié)構(gòu)，選用耐高溫?zé)g性能好的陰極材料，使之兼具耐高溫?zé)g性好和均勻性好的優(yōu)點(diǎn)，使陰極具有長(zhǎng)壽命且發(fā)射的電子束流均勻，提高M(jìn)ILO的工作效率并延長(zhǎng)MILO的運(yùn)行壽命，對(duì)于推進(jìn)高功率微波系統(tǒng)的工程應(yīng)用進(jìn)程，拓展MILO的應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的科研價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:設(shè)計(jì)一種圓片陣列陰極，提高陰極材料的耐燒蝕性能，延長(zhǎng)MILO的使用壽命。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]與傳統(tǒng)陰極相比，圓片陣列陰極采用金屬圓片與介質(zhì)圓片交替排列的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)陰極中的天鵝絨。其中，金屬圓片起到結(jié)構(gòu)支撐和電流傳導(dǎo)的作用，介質(zhì)圓片主要是在強(qiáng)電場(chǎng)(數(shù)百kV/cm)作用下產(chǎn)生陰極等離子體，進(jìn)而產(chǎn)生相對(duì)論電子束。所采用的介質(zhì)片一般為碳纖維布或玻璃纖維布，或者其它發(fā)射閾值低且耐高溫?zé)g的材料。由于所用介質(zhì)片比傳統(tǒng)陰極中的化纖天鵝絨更耐高溫?zé)g，故陰極運(yùn)行壽命更長(zhǎng)。采用這種高溫?zé)g的長(zhǎng)壽命圓片陣列陰極可大大提高M(jìn)ILO的運(yùn)行壽命。
[0009]采用本發(fā)明可以達(dá)到以下技術(shù)效果:
[0010](I)本發(fā)明可以提高陰極的耐高溫?zé)g性，提高陰極的壽命至數(shù)萬(wàn)個(gè)脈沖。相比傳統(tǒng)陰極來(lái)說(shuō)，陰極壽命可提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，從而大大延長(zhǎng)MILO的工作壽命；
[0011](2)本發(fā)明所述圓片陣列陰極可以發(fā)射出與普通的化纖天鵝絨陰極均勻性相同的電子束，可保證MILO裝置的技術(shù)性能不降低。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1.【背景技術(shù)】中樊玉偉在文獻(xiàn)I公布的傳統(tǒng)的緊湊型MILO采用的化纖天鵝絨陰極剖視圖；
[0013]圖2.【背景技術(shù)】中Yu-Wei Fan在文獻(xiàn)2公布的工作前化纖天鸛絨纖維的電子掃描顯微鏡圖片；
[0014]圖3.【背景技術(shù)】中Yu-Wei Fan在文獻(xiàn)2公布的200次脈沖工作后化纖天鵝絨纖維的電子掃描顯微鏡圖片；
[0015]圖4.本發(fā)明圓片陣列陰極的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]圖4為本發(fā)明圓片陣列陰極沿中心軸線的剖視圖，陰極環(huán)繞軸線對(duì)稱。本發(fā)明圓片陣列陰極由陰極座1、錐形段2、陰極基底3、不銹鋼圓環(huán)薄片4、介質(zhì)圓環(huán)薄片5、陰極帽6組成。其中介質(zhì)圓環(huán)薄片5選擇碳纖維布或玻璃纖維布，或者其它發(fā)射閾值低且耐高溫?zé)g的材料制作，其它部分均采用不銹鋼材料制作。
[0018]其結(jié)構(gòu)與裝配關(guān)系如下:
[0019]為了敘述的方便，下文規(guī)定:陰極座I所在的一端為左端，陰極帽6所在的一端為右端。圓片陣列陰極的結(jié)構(gòu)與裝配關(guān)系如下:陰極座I為直徑為Φ I的圓柱體，右端開(kāi)有直徑為Φ2的螺孔，Φ2 < Φ1 ;錐形段2由一段圓柱體和一