Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском

Выполнено исследование различных партий материала Pd–Ba, применяемого в катодах серийных магнетронов. Проверено условие перехода автоэмиссии во взрывную путем оценки работоспособности магнетрона при скважности, существенно превышающей требования ТУ. По результатам исследования сделан вывод о существ...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2013
Автори:	Гурко, А.А., Сучков, К.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2013
Назва видання:	Радіофізика та електроніка
Теми:	Вакуумная и твердотельная электроника
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/105967
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском / А.А. Гурко, К.И. Сучков // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 1. — С. 76-79. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-105967
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1059672016-09-14T03:02:31Z Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском Гурко, А.А. Сучков, К.И. Вакуумная и твердотельная электроника Выполнено исследование различных партий материала Pd–Ba, применяемого в катодах серийных магнетронов. Проверено условие перехода автоэмиссии во взрывную путем оценки работоспособности магнетрона при скважности, существенно превышающей требования ТУ. По результатам исследования сделан вывод о существовании корелляции между долговечностью магнетрона и его работоспособностью при пониженной температуре. В качестве критерия предлагается превышающая максимальное эксплуатационное значение и определяемая экспериментально величина скважности, при которой в нормальных климатических условиях реализуется выход на рабочий режим при первом включении магнетрона. Полученная методика позволяет осуществлять 100 % прогнозирование выполнения требований ТУ по долговечности. Она адекватна методике проверки на холодоустойчивость, но при нормальных климатических условиях. Виконано дослідження різних партій матеріалу Pd–Ba, який застосовується в катодах серійних магнетронів. Перевірено умову переходу автоемісії у вибухову шляхом оцінки працездатності магнетрона при шпаруватості, що істотно перевищує вимоги ТУ. За результатами дослідження зроблено висновок про існування кореляції між довговічністю магнетрона і його працездатністю при зниженій температурі. В якості критерію пропонується величина шпаруватості, що перевищує максимальне експлуатаційне значення і визначається експериментально, і при якій в нормальних кліматичних умовах реалізується вихід на робочий режим при першому включенні магнетрона. Отримана методика дозволяє здійснювати 100 % прогнозування виконання вимог ТУ з довговічності. Вона адекватна методиці перевірки на холодостійкість, але при нормальних кліматичних умовах. Research of various parties of Pd-Ba material applied in cathodes of serial magnetron is executed. The condition of autoemission transition to explosive by a magnetron working capacity estimation is checked at the pulse duty factor essentially below the technical specifications requirements. By means of the research results the conclusion about correlation between magnetron durability and its working capacity at the lowered temperature is drawn. As a criterion the experimentally defined pulse duty factor is offered, at which the operating conditions establishment in normal climatic conditions is realized at the first magnetron inclusion. The received technique allows to carry out 100 % forecasting of performance of the technical specifications requirements on durability. It is similarl to a check technique on frost resistance, but under normal climatic conditions. 2013 Article Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском / А.А. Гурко, К.И. Сучков // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 1. — С. 76-79. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1028-821X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/105967 537.533.2:621.385.64:658.562.2 ru Радіофізика та електроніка Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Вакуумная и твердотельная электроника Вакуумная и твердотельная электроника
spellingShingle	Вакуумная и твердотельная электроника Вакуумная и твердотельная электроника Гурко, А.А. Сучков, К.И. Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском Радіофізика та електроніка
description	Выполнено исследование различных партий материала Pd–Ba, применяемого в катодах серийных магнетронов. Проверено условие перехода автоэмиссии во взрывную путем оценки работоспособности магнетрона при скважности, существенно превышающей требования ТУ. По результатам исследования сделан вывод о существовании корелляции между долговечностью магнетрона и его работоспособностью при пониженной температуре. В качестве критерия предлагается превышающая максимальное эксплуатационное значение и определяемая экспериментально величина скважности, при которой в нормальных климатических условиях реализуется выход на рабочий режим при первом включении магнетрона. Полученная методика позволяет осуществлять 100 % прогнозирование выполнения требований ТУ по долговечности. Она адекватна методике проверки на холодоустойчивость, но при нормальных климатических условиях.
format	Article
author	Гурко, А.А. Сучков, К.И.
author_facet	Гурко, А.А. Сучков, К.И.
author_sort	Гурко, А.А.
title	Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском
title_short	Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском
title_full	Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском
title_fullStr	Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском
title_full_unstemmed	Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском
title_sort	методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Вакуумная и твердотельная электроника
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/105967
citation_txt	Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском / А.А. Гурко, К.И. Сучков // Радіофізика та електроніка. — 2013. — Т. 4(18), № 1. — С. 76-79. — Бібліогр.: 2 назв. — рос.
series	Радіофізика та електроніка
work_keys_str_mv	AT gurkoaa metodikaocenkikačestvaémittiruûŝegouzlakatodamagnetronasavtoémissionnymzapuskom AT sučkovki metodikaocenkikačestvaémittiruûŝegouzlakatodamagnetronasavtoémissionnymzapuskom
first_indexed	2025-07-07T17:42:32Z
last_indexed	2025-07-07T17:42:32Z
_version_	1837010940737880064
fulltext	ВВААККУУУУММННААЯЯ ИИ ТТВВЕЕРРДДООТТЕЕЛЛЬЬННААЯЯ ЭЭЛЛЕЕККТТРРООННИИККАА _________________________________________________________________________________________________________________ __________ ISSN 1028 821X Радиофизика и электроника. 2013. Т. 4(18). № 1 © ИРЭ НАН Украины, 2013 УДК 537.533.2:621.385.64:658.562.2 А. А. Гурко, К. И. Сучков* ОАО «Владыкинский механический завод» 58, Дмитровское шоссе, Москва, 127238, Россия Е-mail: mosvmz@mail.ru *ФГУП НПП «Исток» 2а, ул. Вокзальная, Фрязино, 141190, Россия E-mail: kisa222@mail.ru МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ЭМИТТИРУЮЩЕГО УЗЛА КАТОДА МАГНЕТРОНА С АВТОЭМИССИОННЫМ ЗАПУСКОМ В настоящее время отсутствуют методики прогнозирования долговечности катода и его работоспособности при пони- женной температуре окружающей среды, а вывод об удовлетворении требованиям технических условий (ТУ) по этим параметрам оценивается только по результатам натурных испытаний контрольной партии. В научной литературе не существует единой точки зрения на способы определения эмиссионной способности материала катода для приборов со скрещенными полями. В связи с этим имеются значительные трудности обоснования выбора параметров катода для каждого конкретного прибора. Выполнено исследо- вание различных партий материала Pd–Ba, применяемого в катодах серийных магнетронов. Проверено условие перехода автоэмис- сии во взрывную путем оценки работоспособности магнетрона при скважности, существенно превышающей требования ТУ. По результатам исследования сделан вывод о существовании корелляции между долговечностью магнетрона и его работоспособ- ностью при пониженной температуре. В качестве критерия предлагается превышающая максимальное эксплуатационное значение и определяемая экспериментально величина скважности, при которой в нормальных климатических условиях реализуется выход на рабочий режим при первом включении магнетрона. Полученная методика позволяет осуществлять 100 % прогнозирование выпол- нения требований ТУ по долговечности. Она адекватна методике проверки на холодоустойчивость, но при нормальных климатиче- ских условиях. Ил. 3. Табл. 1. Библиогр.: 2 назв. Ключевые слова: магнетрон, автоэмиссионный катод, взрывная эмиссия. Трудности, связанные с выбором и конст- руированием катода для конкретного прибора, весьма значительны. По мнению автора работы [1], во многом это связано тем, что «даже в одном из наиболее существенных вопросов – определении эмиссионных констант катода – до сих пор нет единого общепризнанного метода». Решение проблемы существенно осложняется в приборах со скрещенными полями: из-за наличия в них обратной бомбардировки ориентироваться следу- ет исключительно на полученные в рабочем ре- жиме параметры катода, поэтому в основе выбора типа и конструктивного оформления катода ле- жит сугубо эмпирический подход. Убедительным подтверждением изложенного может служить применение в магнетроне безнакального катода с автоэмиссионным запуском. Смена предприятия-поставщика мате- риала Pd–Ba (без изменения технических усло- вий (ТУ) на материал) привело к неожиданному результату – изменению работоспособности маг- нетронов, причем в разной степени для разных типов магнетронов. Очевидно, что первопричину этого явления следует искать в изменении свойств вторично-эмиссионного катода (ВЭК). Исследование материала Pd–Ba разных партий поставки обоих предприятий дало повто- ряющиеся результаты как для материала первого поставщика, с точки зрения работоспособности магнетрона – хорошего (тип А), так и для мате- риала нового поставщика, с точки зрения работо- способности магнетрона – плохого (тип Б). Химический состав (элементный состав при- поверхностной области размером 200 200 мкм на глубину 5…10 мкм) оказался следующим: – в образцах типа Б наблюдается микронеодно- родность распределения Ва, обусловленная более крупными размерами фазы Pd5Ba; – усредненное содержание Ва в образцах типа А и Б одного порядка; – посторонних элементов на уровне чувст- вительности метода (0,01…0,1 % для элементов, тяжелее Na) помимо Pd и Ва не обнаружено. Структура материала представлена на рис. 1 и 2 в виде фотографий с экрана растрового электронного микроскопа (РЭМ) изображения участков поверхности катодов: – в образцах типа Б распределение фазы Pd5Ba (светлая фаза) по объему образца неоднородно, относительное содержание Ва на отдельных уча- стках размером 200 200 мкм отличается в 3–4 раза, размер частиц Pd5Ba (светлая фаза достигает 50…100 мкм) (рис. 1); – образцы типа А характеризуются более од- нородным распределением мелкодисперсной (5…10 мкм) фазы Pd5Ba (рис. 2). Основное различие между образцами типа А и Б заключается в размерах частиц и рав- номерности распределения фазы Pd5Ba. Равно- мерность распределения Ва является критериаль- ным параметром ТУ на материал (п.1.4.1 ТУ Яе0.021.079ТУ): «Распределение Ва считается равномерным, если разность результатов анализа проб не превышает 0,3 % абсолютных». mailto:mosvmz@mail.ru А. А. Гурко, К. И. Сучков / Методика оценки качества… _________________________________________________________________________________________________________________ 77 Рис. 1. РЭМ-изображения различных участков поверхности эмиттера Pd–Ba типа Б Рис. 2. РЭМ-изображения различных участков поверхности эмиттера Pd–Ba типа А Причина ухудшения работоспособности магнетрона заключается в несоответствии требо- ваниям ТУ допустимой величины неоднороднос- ти материала ВЭК в результате изменения техно- логии его изготовления. Последствие ухудшения однородности эмиссионного материала очевидно – ухудшение однородности эмиссионной мозаи- ки ВЭК. Внешнее ее проявление в коаксиальных магнетронах (КМ) 2- и 3-см диапазонов (таблица) выглядело как разрыв на начальном участке вольт- амперной характеристики (ВАХ) (рис. 3), при этом крутизна ВАХ на концах участка разрыва различна. Диапазон, см Ua, кВ Ia, А Pимп, кВт Pср, Вт 2 9,5 10,0 37 15 3 6,0 6,0 5,5 5,5 Рис. 3. ВАХ магнетрона Уменьшение средней мощности Pср (пу- тем уменьшения частоты следования модули- рующего импульса) в КМ 3-см диапазона длин волн приводило к резкому увеличению флюктуа- ций фронта огибающей высокочастотных им- пульсов, переходящих в пропуски импульсов при снижении температуры окружающей среды. В результате снижения температуры ка- тода при увеличении скважности возникают за- труднения, связанные с уменьшением стартового тока из-за перехода автоэмиссии во взрывную. В этой ситуации единственной возможностью сохранения величины стартового тока представ- лялось уменьшение количества автоэмиттеров, являющихся «фундаментом» для роста нитевид- ных кристаллов (авторы работы согласны с гипо- тезой об образовании на рабочей кромке авто- эмиттера нитевидных кристаллов (или острийных катодов)) [2]. В КМ 2-см диапазона уменьшение коли- чества автоэмиттеров в 3 раза (с 6 до 2) привело к восстановлению монотонной ВАХ. Аналогичные конструктивные изменения в 3-см КМ не привели к улучшению его работоспособности. Различие между экспериментальными КМ состоит в уров- нях напряжения анода. Для оценки вероятности влияния этого фактора была проведена оценка реакции экспе- риментального 2-см КМ (таблица) на уменьшение величины Ua . После уменьшения индукции маг- нитного поля до значения, при котором рабочее напряжение анода понизилось до 7 кВ, граница устойчивой работы по току анода упала до 6,2 А. При этом напряжение анода, соответствующее совпадению границы пространственного заряда в предгенерационном режиме с радиусом авто- эмиттера, изменилось от 5,5 до 3 кВ, что рав- носильно уменьшению времени, отведенного для перехода автоэмиссии во взрывную. Время на- растания напряжения анода от уровня 0,1Ua до величины, при которой имеет место равенство радиуса Бриллюэна и радиуса автоэмиссионного катода, уменьшилось в 2 раза. Увеличение дли- тельности фронта модулирующего импульса в 1,75 раза привело к росту верхней границы диа- пазона устойчивой работы по току анода до 8,5 А. Перечисленные факты можно рассматривать как подтверждение гипотезы о взрывной эмиссии в качестве источника первичных электронов. В приведенном эксперименте с КМ 2-см диапазона на конечный результат влияет одно- временное с уменьшением индукции магнитного поля падение напряжения анода. Величина напря- жения анода при анализе возможных конструк- тивных вариантов магнетрона является константой. Величиной индукции постоянного магнитного поля разработчик магнетрона имеет возможность управлять, варьируя величиной отношения диа- 10 9 8 7 6 Н ап р я ж ен и е ан о д а, к В 1 2 3 4 Ток анода средний, мА А. А. Гурко, К. И. Сучков / Методика оценки качества… _________________________________________________________________________________________________________________ 78 метров катода и анода и количеством периодов замедленной (синхронной) волны высокочастот- ного потенциала на периметре анодного отверстия. Практически в любом магнетроне элект- роны приобретают энергию, достаточную для ионизации продуктов катодного распыления, т. е. создания материала для «строительства» ните- видных кристаллов. Ключевым вопросом в проб- леме управляемого воздействия на процесс ус- тойчивого возбуждения и стабильной работы магнетрона в условиях эксплуатации является определение конструкторско-технологических реше- ний, обеспечивающих состояние, при котором скорость разрушения нитевидных кристаллов взрывной эмиссией не превосходит интенсив- ность их образования. Очевидно, что реализация этого состояния должна подтверждаться нераз- рушающим способом контроля каждого экземп- ля-ра магнетрона. Наиболее близко к этому прак- тикуемое М. Н. Зыбиным (ОАО «Плутон», Моск- ва) первичное введение магнетрона в генератор- ный режим без включения напряжения накала катода. Скорость подъема напряжения анода должна исключать вероятность искрений (пробо- ев анод–катод), так как это сопровождается раз- рушением на рабочей кромке ВЭК центров фор- мирования нитевидных кристаллов. Очевидно, что препятствием быстрого первичного введения магнетрона в номинальный режим является неспособность эмиссионных цент- ров обеспечить необходимую величину стартово- го тока. Это свидетельствует о незначительном превалировании в переходный период роста нитевидных кристаллов над их разрушением. Сократить время переходного процесса можно некоторым повышением температуры ВЭК. При первичном введении магнетрона в генера- торный режим с отличным от нуля напряжением накала катода вероятность возникновения искре- ний легко исключается. Однако после выключе- ния напряжения накала катода неизбежно умень- шение интенсивности роста нитевидных кристал- лов, и оценку последствий изменения баланса между их ростом и разрушением в настоящее время можно вести лишь выборочно с помощью испытаний на безотказность. Для описанного выше 3-см КМ экспери- ментально установлено ухудшение работоспо- собности (вплоть до полной ее потери на некото- рых экземплярах) при увеличении скважности (уменьшении величины среднего тока) и одно- временном понижении температуры окружающей среды. Единственным объяснением этого явления представляется затруднение перехода автоэмис- сии во взрывную. Таким образом, обнаруженный факт может быть положен в разработку методики и критерия прогнозирования работоспособности магнетрона при пониженной температуре окру- жающей среды. В качестве критерия предлагается превышающая максимальное эксплуатационное значение и определяемая экспериментально ве- личина скважности, при которой в нормальных климатических условиях реализуется выход на рабочий режим при первом включении магнетрона. Аналогично может быть получен корреляцион- ный коэффициент прогнозирования долговеч- ности катодного узла, гарантирующего работо- способность магнетрона в пределах заданной долговечности. Библиографический список 1. Электронные сверхвысокочастотные приборы со скрещенными полями: в 2 т. Т. 1. Основные элементы приборов / пер. с англ. под ред. М. М. Федорова. – М.: Иностр. лит., 1961. – С. 104–126. 2. Костюк Г. И. О динамике эмиссионных процессов на острийном катоде / Г. И. Костюк // XVIII Всесоюзн. конф. по эмиссионной электронике: тез. докл. – М., 1981. – С. 117. Рукопись поступила 05.07.2012 г. A. A. Gurko, K. I. Suchkov A QUALITY EMISSION ESTIMATION TECHNIQUE OF MAGNETRON CATHODE NODE WITH AUTOEMISSION START At present there are no techniques of forecasting the ca- thode durability and its working capacity at the lowered ambient temperature, and the conclusion about meeting technical specifica- tions requirements on these parameters is estimated only by results of control party natural tests. In the scientific literature there is no uniform point of view on the ways to define the emissive ability of cathode material for devices with the crossed fields. There are great difficulties in substantiation of the cathode parameters choice for each concrete device. Research of various parties of Pd-Ba material applied in cathodes of serial magnetron is executed. The condition of autoemission transition to explosive by a magnetron working capacity estimation is checked at the pulse duty factor essentially below the technical specifications requirements. By means of the research results the conclusion about correlation between magnetron durability and its working capacity at the lowered temperature is drawn. As a criterion the experimentally defined pulse duty factor is offered, at which the operating condi- tions establishment in normal climatic conditions is realized at the first magnetron inclusion. The received technique allows to carry out 100 % forecasting of performance of the technical specifica- tions requirements on durability. It is similarl to a check technique on frost resistance, but under normal climatic conditions. Key words: magnetron, auto-emission cathode, explosive emission. А. А. Гурко, К. І. Сучков МЕТОДИКА ОЦІНКИ ЯКОСТІ ЕМІТУВАЛЬНОГО ВУЗЛА КАТОДА МАГНЕТРОНА З АВТОЕМІСІЙНИМ ЗАПУСКОМ На сьогодні відсутні методики прогнозування довго- вічності катода і його працездатності при зниженій темпера- А. А. Гурко, К. И. Сучков / Методика оценки качества… _________________________________________________________________________________________________________________ 79 турі навколишнього середовища, а висновок про задоволення вимогам технічних умов (ТУ) за цими параметрами оцінюєть- ся тільки за результатами натурних випробувань контрольної партії. У науковій літературі не існує єдиної точки зору на засоби визначення емісійної здатності матеріалу катода для приладів зі схрещеними полями. В зв’язку з цим є значні труд- нощі обґрунтування вибору параметрів катода для кожного конкретного приладу. Виконано дослідження різних партій матеріалу Pd–Ba, який застосовується в катодах серійних магнетронів. Перевірено умову переходу автоемісії у вибухо- ву шляхом оцінки працездатності магнетрона при шпарува- тості, що істотно перевищує вимоги ТУ. За результатами дослідження зроблено висновок про існування кореляції між довговічністю магнетрона і його працездатністю при зниженій температурі. В якості критерію пропонується величина шпа- руватості, що перевищує максимальне експлуатаційне значен- ня і визначається експериментально, і при якій в нормальних кліматичних умовах реалізується вихід на робочий режим при першому включенні магнетрона. Отримана методика дозволяє здійснювати 100 % прогнозування виконання вимог ТУ з довговічності. Вона адекватна методиці перевірки на холодо- стійкість, але при нормальних кліматичних умовах. Ключові слова: магнетрон, автоемісійний катод, вибухова емісія.

Методика оценки качества эмиттирующего узла катода магнетрона с автоэмиссионным запуском

Репозитарії

Схожі ресурси