Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2024, № 1-2, с. 49-55.
DOI: 10.15222/TKEA2024.1-2.49
УДК 621.385:536.2
Теплофізична модель термокатода з індукційним нагріванням
(українською мовою)
Писаренко Л. Д., Цибульський І. Л.
Україна, м. Київ, КПІ ім. Ігоря Сікорського.
Побудовано теплофізичну модель та розраховано температурне поле циліндричного термокатода з індукційним нагріванням з урахуванням початкових і граничних умов на основі прийняття припущень для спрощення математичної моделі. При індукційному нагріванні катода встановлюється нестаціонарний процес теплопровідності, який описується диференціальним рівнянням теплопровідності. Просторова симетрія циліндричної конструкції індуктивного термокатода дозволяє скоротити кількість просторових змінних, значно спростити функціональні залежності, обмежити алгоритм розв’язання задачі. Проведена оцінка отриманих наближених рішень на коректність прийнятих спрощень. Відображено перепад між температурами зовнішньої та внутрішньої поверхонь катода, який визначає вибір його геометричних розмірів.
Ключові слова: термокатод, індукційне нагрівання, теплофізична модель, математична модель, наближене рішення.
Дата подання рукопису 20.05 2024
Використані джерела
-
Whitaker J. C. Power Vacuum Tubes Handbook. USA, New York, Springer New York, 2013, 609 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-9987-2
-
Maikut S., Kuzmichev A., Tsybulskyi L., Shynkarenko N. The physico-topological simulation of a transmission X-ray tube with induction heating of the cathode. Problems of Atomic Science and Technology, 2023, no. 4, pp. 190-195. https://doi.org/10.46813/2023-146-190
-
Лушкін О. Є. Про ефективні термоелектронні катоди. Український фізичний журнал, 2015, т. 60, № 1, с. 76 - 92. https://doi.org/10.15407/ujpe60.01
-
Barcellan L., Berto E., Carugno G. et al. A battery-operated, stabilized, high-energy pulsed electron gun for the production of rare gas excimers. Review of Scientific Instruments, 2011, vol. 82, iss. 8, 095103. http://doi.org/10.1063/1.3636078
-
Lin X. W., Hu J. G., Seidman D. N., Morikawa H. A miniature electron-beam evaporator for an ultrahigh- vacuum atom-probe field-ion microscope. Review of Scientific Instruments, 1990, vol. 61, iss. 12, pp. 3745 - 3749. http://doi.org/10.1063/1.1141547
-
Sikora J., Kania B., Mroczka J. Thermionic electron beam current and accelerating voltage controller for gas ion sources. Sensors, 2021, vol. 21, iss. 8, 2878. http://doi.org/10.3390/s21082878
-
Chen D., Jacobs R., Petillo J. et al. 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
-
Gao J.-Y., Yang Y.-F., Zhang X.-K. et al. A review on recent progress of thermionic cathode. Tungsten, 2020, vol. 2, pp.289 - 300. https://doi.org/10.1007/s42864-020-00059-1
-
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, iss. 1, 014040, https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.014040
-
Liu X., Zhou Q., Maxwell T. L. et al. Scandate cathode surface characterization: Emission testing, elemental analysis and morphological evaluation. Materials Characterization, 2019, vol. 148, pp. 188 - 200. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2018.12.013
-
Wang J., Yang Y., Wang Y. et al. A review on scandia doped tungsten matrix scandate cathode. Tungsten, 2019, vol. 1, pp. 91 - 100. https://doi.org/10.1007/s42864-019-00007-8
-
Sitek A., Torfason K., Manolescu A., Valfells A. Edge effect on the current-temperature characteristic of finite-area thermionic cathodes. Physical Review Applied, 2021, vol. 16, iss. 3, 034043. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.16.034043
-
Jassem A., Chernin D., Petillo J. J. et al. Analysis of anode current from a thermionic cathode with a 2-D work function distribution. IEEE Transactions on Plasma Science, 2021, vol. 49, no. 2, pp. 749 - 755. https://doi.org/10.1109/TPS.2020.3048097
-
Chernin D., Lau Y. Y., Petillo J. J. et al. Effect of nonuniform emission on miram curves. IEEE Transactions on Plasma Science, 2020, vol. 48, no. 1, pp. 146 - 155. https://doi.org/10.1109/TPS.2019.2959755
-
Kania B. Digital approach to thermionic emission current to voltage conversion for high-voltage sources of electrons. Informatyka, Automatyka, Pomiary W Gospodarce I Ochronie Srodowiska, 2022, vol. 12, no. 4, pp.78 - 81. https://doi.org/10.35784/iapgos.3255
-
Chen D., Jacobs R., Vlahos V. et al. Statistical model of non-uniform emission/rom polycrystalline tungsten cathodes. International Vacuum Electronics Conference (IVEC). 2019, IEEE, 2019, pp. 1 - 2. https://doi.org/10.1109/IVEC.2019.8745051
-
Chen D., Jacobs R., Morgan D., Booske J. Impact of nonuniform thermionic emission on the transition behavior between temperature- and space-charge-limited Emission. IEEE Transactions on Electron Devices, 2021, vol. 68, no. 7, pp. 3576 - 3581. https://doi.org/10.1109/TED.2021.3079876
-
Zhenhua W., Min Hu, Zelong Li et al. The method of heating the cathode using electromagnetic induction. Pat. China, no. 111613495B, 2021. https://patents.google.com/patent/CN111613495B/en
-
Andrews H. L., Alexander A., Beckman D. T.et al. A laser heated thermionic cathode. 15th International Particle Accelerator Conference, Nashville, TN, 2024. https://doi.org/10.18429/JACoW-IPAC2024-WEPC55
-
Цыбульский Л.Ю. Пути улучшения характеристик индукционных испарителей. Электроника и связь, 2003, № 20, c. 157 - 160.
-
Kuzmichev A, Tsybulsky L. Evaporators with Induction Heating and Their Applications. Chapter 13. In book: Advances in Induction and Microwave Heating of Mineral and Organic Materials, Ed. by S. Grundas, InTech Open, Rijeka, 2011, pp. 269 - 302. https://doi.org/10.5772/13934
-
Bergman T. L., Lavine A. S., Incropera F. P., DeWitt D. P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. USA, Wiley, 2020, 992 p.
|