新型大電流冷陰極の開発

新型大电流冷阴极的研制

基本信息

批准号：
59850064
负责人：
板谷良平
金额：
$ 3.33万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research
财政年份：
1984
资助国家：
日本
起止时间：
1984 至 1985
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は申請者らにより見い出された、特殊な条件の下で起こる高速グローアーク移行現象を安定化することによって可能となった、全く新らしい形式の液体金属陰極を実用化することを目的としている。前年度は陰極の材料と構造及び陰極の製造を中心に研究を進め、封入ガスと液体金属の組合せを選ばないこと、製造に関してその工程を大巾に簡略化できることを示した。又許容電流限界については、最大ピーク電流180A(5μs)を得ていたが、これは電源による限界で陰極それ自身はまだ上限ではないこと等を明らかにしてきた。今年度は本陰極の適用範囲を更に広げるため、(1)使用液体金属(水銀)及びその蒸気圧の低減、(2)使用可能金属の探索を目的として研究を進め、以下に記す結果を得た。(1)に関しては従来よりその有効性を明らかにしてきた、縁付のホロー型陰極を更に水冷した結果、パルス放電時〔最大ピーク電流130A(5μs)〕では7時間連続点灯の後も陰極外で水銀が認められなかったが、直流点灯時やトリガのための第三電極から常時電力が投入された時には陰極外で水銀が認められるようになったのでより冷却の効率を上げる必要がある。但しホローをより細い径にした時、水銀蒸気のみでもグローアーク移行が認められており、グローアーク移行時間(td)は金属水銀の時td=6.5μsに対してtd=5.7μs(いずれも1KV印加)を得ており、陰極の径を変えることで金属量、蒸気圧の低減が可能である。(2)前年度の易溶金属から更に融点を高くして試作した結果、W、Ni等通常の電極用金属でもグローアーク移行が認められており、放熱の問題を解決すれば使用可能である。又許容電流限界はパルス放電で最大ピーク電流350A(300μs)、直流放電時1A(DC)を得ている。これらはまた上限ではなく、電源容量、放熱によりまだ上昇可能である。以上を考慮すれば大電流冷陰極は原理的に充分実用化に耐え得るものになったと言える。

本研究的目的是将申请人发现的一种全新类型的液态金属阴极投入实际使用，该阴极通过稳定在特殊条件下发生的快速辉光电弧过渡现象而成为可能。去年，我们重点研究了阴极的材料和结构及其生产，并表明可以使用气体填充剂和液态金属的任意组合，并且可以大大简化制造工艺。关于允许电流限制，获得了180A（5μs）的最大峰值电流，但已明确这是电源造成的限制，并且阴极本身并未达到上限。今年，为了进一步扩大该阴极的应用范围，我们针对（1）降低所使用的液态金属（汞）及其蒸气压，以及（2）寻找可用的金属进行了研究，并获得了成果下面列出。关于（1），由于进一步水冷带有边缘的空心阴极，这已被证明是有效的，我们发现在脉冲放电期间[最大峰值电流130 A（5 μs）]，即使在7小时后连续照明时，阴极仍然可见，但是当打开直流电或从第三电极持续通电进行触发时，在阴极外部观察到汞，因此有必要提高冷却效率。然而，当空心直径变小时，即使仅使用汞蒸气，也能观察到辉光电弧转变，并且辉光电弧转变时间 (td) 为 td = 5.7 μs，而金属汞的 td = 6.5 μs（均为 1KV））可以通过改变阴极直径来降低金属量和蒸气压。 (2) 由于采用了比前一年易熔金属更高熔点的原型，即使使用 W 和 Ni 等普通电极金属也能观察到辉光电弧转移，如果散热问题是可以使用的。解决了。另外，脉冲放电时的允许电流限制为350A（300μs），直流放电时的最大峰值电流为1A（DC）。这些也不是上限，仍然可以根据电源容量和散热情况进行增加。考虑到上述情况，可以说大电流冷阴极原则上已经足够适合实际使用。