Теплофізична модель термокатода з індукційним нагріванням
Анотація
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.
Посилання
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, рp. 190–195. https://doi.org/10.46813/2023-146-190
Lushkіn O.Ye. On efficient thermionic cathodes. Ukrainian Journal of Physics, 2015, vol. 60, no. 1, pp. 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 Á. 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 Środowiska, 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
Tsybulsky L. Yu. [Ways to improve the characteristics of induction evaporators]. Electronika i svyaz, 2003, no. 20, pp. 157 – 160 (Rus)
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, 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.
Авторське право (c) 2024 Леонід Писаренко, Іван Цибульський
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
