ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ДОЛГОВЕЧНОСЬ ТЕРМОКАТОДОВ ДЛЯ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАЗЕРОВ

© И.К.Белова
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2017 г.

Широкое применение в настоящее время нашли мощные газоразрядные приборы, в которых используется сильноточный разряд с термоэлектронным катодом. Среди них наиболее характерными являются ионные газоразрядные лазеры, где дуговой разряд используется для их накачки. Накалённые катоды в этих приборах обеспечивают высокую плотность электронов для создания сильноточного дугового разряда низкого давления и малый уровень распыления при интенсивной ионной бомбардировке их поверхности в течение нескольких тысяч часов. Проблема создания сильноточных малораспыляющихся катодов с долговечностью несколько тысяч часов для надежных приборов дугового разряда остается актуальной.

В мощных газоразрядных приборах наиболее широко применяются оксидный и распределительный катоды. Распределительные катоды работают в интервале температур (1400+50)К. Работа выхода при этом, в зависимости от типа катода, лежит в пределах 1,7...2,2 эВ. Благодаря более высокой рабочей температуре распределительные катоды обладают лучшей устойчивостью к воздействию различных факторов и позволяют увеличить плотность отбираемого тока. Они менее чувствительны к отравлениям по сравнению с оксидными катодами.

Теория разогрева и практика конструирования малоинерционных катодов показывают, что при современном уровне параметров катодов по работе выхода и рабочей температуре сокращение времени разогрева может достигаться повышением температуры и увеличением мощности накала, т.е. малоинерционные катоды обладают низкой эффективностью и экономичностью. Улучшение этих параметров возможно путем создания, эмиссионных веществ с работой выхода 1эВ и менее. В этом случае возможно сокращение рабочей поверхности катодов, уменьшение их полной теплоемкости, снижение рабочей температуры и мощности накала [1,5].

Долговечность является одним из основных параметров катода и прибора в целом. Обычно ее оценивают в комплексе изменения основных параметров [2], влияющих на работоспособность приборов (эмиссионная способность катодов, газовая среда в рабочей атмосфере прибора) по величине импульсного тока в момент стабилизации времени запаздывания его относительно напряжения – «тока задержки».

Напряжение возникновения разряда является одним из параметров, характеризующих режим работы катода, свойства газовой среды и конструкцию разрядного промежутка. Кроме этого, напряжение возникновения разряда зависит от свойств и конструкции катода [4].

Конструкция катода влияет на распределение потенциала весьма существенно. В малых или узких полостях может образоваться максимум потенциала, намного превышающий напряжение поддержания разряда. Наиболее равномерное распределение потенциала с небольшим максимумом наблюдается у спиральных катодов прямого накала, так как эта конструкция обеспечивает наиболее равномерную диффузию ионов к рабочей поверхности.

Все вышесказанное справедливо для композиционных катодов, представляющих собой пористую губку из тугоплавкого металла (вольфрама), поры которой заполнены активным веществом [3]. При достижении рабочей температуры таких катодов активное вещество, заполняющее поры губки и представляющее собой химическое соединение, например, бария с кислотами или амфотерными оксидами, взаимодействуя с металлом губки (восстановителем), выделяет свободный барий, который и активирует катод.

Для научных и технических применений, где необходимы максимально высокая направленность и монохроматичность излучения, газовые лазеры представляют набольший интерес. Неоспоримым достоинством газов как активной среды лазера является высокая оптическая однородность. Существенным достоинством является их способность работать в непрерывном режиме. Применение новых методов возбуждения и переход к более высоким давлениям газа могут резко увеличить мощность газового лазера. С помощью газового лазера возможно дальнейшее освоение далёкого инфракрасного диапазона, а также диапазонов ультрафиолетового и рентгеновского излучений.

Литература

1. Алексеенко А.Г. Основы микросхемотехники. М.-СПб. Лаборатория базовых знаний, Физматлит, Юнимедиаста, 2012.

2. Булычев А.Я., Лямин П.М., Тулинов Е.С. Электронные приборы. М., 2000. 416с.

3. Киселев А.Б. Металлооксидные катоды электронных приборов. М., Изд-во МФТИ, 2002. 240с.

4. Лачин В.И. Электроника. Ростов н/Д, Феникс, 2011.

5. Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования. М., Мир, 2011.