Електронні лампи продовжують виконувати цінні функції на високих рівнях потужності і на високих частотах. Потреба в нових вакуумних лампах задовольняється за допомогою нових технологій та матеріалів. Роботу електронних ламп забезпечують катоди – джерела електронів. Більшість термоемісійних катодів складають катоди B-, S- та M-типу [1].
Необхідність генерації струмів високої потужності ставить ряд теоретичних та практичних задач, серед першочергових доцільно визначити наступні:
– термодинамічні та електродинамічні задачі формування, регулювання, управління та транспортування потужних електронних потоків та процесів [2];
– задачі моделювання, аналізу, синтезу, оптимізації та конструювання електронних пристроїв та систем [3].
1. Термокатод з індукційним нагріванням
Розроблена модель об’єднує електродинамічні та теплофізичні процеси з властивостями матеріалів та геометрією приладів. Індукційне нагрівання катода розглянуто для спірального індуктора і циліндричного катода [2] .
Метою роботи є побудова моделі та аналіз теплофізичних процесів термокатода у вигляді циліндричного кільця з індукційним нагріванням.
2. Математична модель температурного поля термокатода.
Нагрівання у циліндричному катоді індукує струм через джерела джоулева тепла. Встановлюється нестаціонарний процес теплопровідності.
За допомогою початкових (часових та просторових) умов знаходиться рішення рівняння теплопроводності, відповідне до конструкції приладу. Часові крайові умови зазвичай описують поле температури:
t(x1,x2,x3,0) = t0 = const. (1)
Просторові початкові умови визначають розподіл значення температури на контурних поверхнях досліджуваної області. Умови теплообміну між контурною поверхнею тіла і навколишнім середовищем (рис.1) визначаються завданням розподілу значення змінних на них.
Для відшукання рішення у таких задачах застосовують наближені методи. Циліндрична конструкція індуктивного термокатода, внаслідок просторової симетрії дозволяє скоротити кількість просторових змінних. Умови теплообміну на поверхнях катода з навколишнім середовищем можна вважати незалежними від кута φ (рис. 1), що визначається математично як:
Висновки
Незважаючи на високу теплопровідність матеріалу катода, при індуктивному нагріванні різниця температур його зовнішньої та внутрішньої поверхонь є суттєвою. Для вирівнювання температури емітуючої поверхні доцільно застосування теплових екранів.
Для детального та повного аналізу температурного поля катода з індукційним нагріванням у разі складної форми катоду та використання екранів доцільно використовувати чисельний розрахунок комп'ютерних моделей приладів та їх вузлів.
Список літератури:
1. Dongzheng Chen, Ryan Jacobs, John Petillo, Vasilios Vlahos, Kevin L. Jensen, Dane Morgan, and John Booske, Physics-Based Model for Nonuniform Thermionic Electron Emission from Polycrystalline Cathodes. Phys. Rev. Applied, 2022, vol.18, 054010.
https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.18.054010.
2. Sitek A., Torfason K., Manolescu A., Valfells A. Space-Charge Effects in the Field-Assisted Thermionic Emission from Nonuniform Cathodes. Physical Review Applied, 2021, vol. 15, no. 1, p. 014-040, [Online]. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.014040https://link.aps.
3. Chen D., Jacobs R., Vlahos V., Morvan D., Booske J. Statistical Model of Non-Uniform Emission/rom Polycrystalline Tungsten Cathodes. International Vacuum Electronics Conference (IVEC). 2019, IEEE, 2019, pp. 1–2. [Online]. https://ieeexplore.ieee.org/document/8745051/
_______________________
Науковий керівник: Писаренко Леонід Дмитрович, доктор технічних наук, професор, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter