[发明专利]无箔二极管中抑制电子发射的阴极结构及高功率微波系统

说明书

本发明涉及一种无箔二极管中抑制电子发射的阴极结构及高功率微波系统，以解决目前阴极底座在回流电子束轰击下，会发射电子轰击到阳极组件，导致阻抗崩溃的技术问题。该阴极结构包括阴极底座和阴极引杆；阴极底座的外侧面由母线绕中轴线周向旋转一圈形成；母线包括依次连接的第一圆弧段、第一直线段、第二直线段、第三直线段、第四直线段、第二圆弧段、第三圆弧段、第五直线段及第六直线段；第一直线段、第二直线段、第三直线段及第四直线段周向旋转形成的平面组成电子束收集环腔；第一圆弧段和第二圆弧段的半径分别为R₁和R₂，0.5R₃≤R₂≤0.7R₃，R₁＝R₀₂‑R₀₁。该高功率微波系统包括抑制电子发射的阴极结构。

技术领域

本发明涉及高功率微波系统的阴极底座结构，具体涉及一种无箔二极管中抑制电子发射的阴极结构及高功率微波系统。

背景技术

无箔二极管为高功率微波器件提供脉冲电压和强流相对论电子束，是高功率微波源的重要组成部分。无箔二极管的爆炸发射阴极为环形刀刃状，通常浸没在外加磁场的均匀区中，即引导磁场控制电子束的传输和扩张；由于外加磁场和二极管同轴区间的径向电场的作用，阴极和阴极引杆发射电子存在不可避免的回流电子束。向飞，谭杰，罗敏等人阐述了回流电子束的存在可能轰击绝缘结构，造成绝缘子表面闪络；回流严重时还会导致通道闭合，引发阻抗崩溃，造成二极管无法正常工作(参见文章“电子回流对高功率无箔二极管效率的影响[C].第五届全国脉冲功率会议，CPPC-2017-A25”)。因此，抑制无箔二极管中电子束回流尤为重要。

为了抑制回流电子束的产生，Yalandin M I等人通过在阴极附近增强局部磁场，抑制阴极和阴极引杆侧发射(参见文章“Suppression of shunting current in aMagnetically Insulated Coaxial Vacuum Diode[J].Applied Physics Letters,2015,106(23):3945.”)。林惠祖通过引入径向绝缘结构的屏蔽环，阻挡回流电子束，提高绝缘子的耐压能力(参见文章“真空高压二极管中电子回流的研究[J].电工材料,2007,1”)。张广帅等人通过设计斜面阴极阻挡回流电子束，有效减少回流的产生(参见文章“Suppressionof backward current in a low-magnetic-field foilless diode[J].Physics ofPlasmas,2021,28(3):033106.”)。

目前，低磁场下高功率微波产生实验中回流电子束无法避免，普遍通过金属结构(阴极底座)阻挡回流，肖仁珍等人设计了如图1所示的无箔二极管的结构示意图，主要包括二极管腔壁01、锥形法兰02、磁体03、管头04、环形石墨阴极05、阴极引杆06、阴极底座07以及外导体08，其中二极管腔壁01、锥形法兰02和磁体03是阳极组件，环形石墨阴极05、阴极引杆06和阴极底座07为阴极组件(参见文章“Efficient Generation of Multi-GigawattPower by An X-band Dual-Mode Relativistic Backward Wave OscillatorOperating at Low Magnetic Field[J].Phys.Plasmas27,2020,043102.)。在高压脉冲的作用下，环形石墨阴极05和阴极引杆06的侧壁发射产生的电子形成回流电子束；阴极底座07阻挡回流电子束，避免二极管腔壁01和锥形法兰02受轰击引发阻抗崩溃，但阴极底座07在阻挡回流电子束的同时，自身会因轰击发射电子，也会造成锥形法兰02受轰击，引发阻抗崩溃，导致二极管无法工作，带来高功率微波器件效率低下的问题。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中阴极底座在回流电子束轰击下，会发射电子轰击到阳极组件，导致二极管阻抗崩溃无法正常工作的技术问题，提出一种无箔二极管中抑制电子发射的阴极结构及高功率微波系统。

本发明的技术方案为：