Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
34
а)
Л Я
Рис. 2.9. Четырехэлектродный источник электронов (22):
1 — модулятор; 2 — бак газовой изоляции; 3 — проходной изолятор; 4 — корпус источника; 5 — опорный изолятор; 6 — управляющий электрод; 7 — катод; 8 — сетка
Электронные источники с четырехэлектродной электронно-оптической системой позволяют получать электронные потоки с хорошей равномерностью распределения плотности тока и обеспечивают высокую электрическую прочность ускоряющего промежутка. В этих источниках сетчатый или выполненный в виде стержней дополнительный электрод, установленный между нитевидными катодами и анодом, разделяет область ускорения и область формирования ПБС.Введение четвертого электрода расширяет возможности электронно-оптической системы по формированию и управлению электронным потоком, так как значительно проще реализуются различные режимы работы источника изменением межэлектродных расстояний и потенциалов электродов. Независимо от режима работы источника в области формирования электронного пучка между катодами и сеткой реализуется режим работы ограничения тока пространственным зарядом. Это позволяет снизить влияние неравномерности распределения плотности тока эмиссии на распределение плотности тока пучка. Работа катода в режиме ограничения тока пространственным зарядом требует повышенной, по сравнению с работой в режиме насыщения, мощности накала. Однако из-за отсутствия потерь электронов в области формирования потока электронов это повышение не слишком велико. В литературе (22 — 25] описано несколько вариантов электронных источников с четырехэлектродной электронно-оптической системой.
На рис. 2.9 схематично представлена конструкция источника, в котором использовались две модификации схем питания, определившие особенности систем формирования электронного тока. При работе по первой схеме (рис. 2.9,а) в источнике реализуется режим работы с высокой частотой повторения импульсов. Управляющий электрод 6 и сетка 8 находятся под отрицательным по отношению к нитевидным катодам 7 потенциалом. Потенциалы управляющего электрода Vy и сетки Vc выбираются таким образом, чтобы с учетом проникающего поля анода потенциал в плоскости катодов был равен нулю. В этих условиях происходит отсечка потока электронов. Отбор электронов в направлении ускоряющего промежутка осуществляется при подаче на управляющий электрод положительного импульса от специальной схемы управления. Высокое напряжение к ускоряющему промежутку подается от частично разряжаемого в течение импульса конденсатора емкостью С =25 мкФ, подзаряжаемого между импульсами через резистор Rз от высоковольтного выпрямителя на 250 кВ. Питание цепи накала катода и схем управления током пучка производится через высоковольтные разделительные трансформаторы Tp^ и Tp , которые совмест-
35
чо с накопительным конденсатором размещены в маслонаполненном баке. Связь катодного узла со схемами питания осуществляется по высоковльтным коаксиальным кабелям через проходной изолятор, расположенный в заполненном SFg баке. Бак крепится в верхней части вакуумной камеры. В режиме моноимпульсов (рис. 2.9,6) катодные нити, сетка и формирующий электрод электрически соединены и находятся под одним потенциалом. Прохождение пучка в источнике происходит при подаче высокого напряжения к ускоряющему промежутку после пробоя газонаполненного разрядника {Р) , соединенного последовательно с накопительным конденсатором. Параллельно конденсатору подсоединен управляемый газонаполненный триггер, который срабатывает при подаче задержанного на длительность импульса тока управляющего импульса. Конденсатор С разряжается через триггер, с ускоряющего промежутка снимается высокое напряжение, и ток прекращается. Катодный узел смонтирован в полуцилиндрическом кожухе 4, на плоской поверхности которого имеется прямоугольное окно с закрепленными поперек него стержнями, выполняющими роль сетки. Эмиттерами являются 10 нитевидных катодов из тор иро ван ного вольфрама, расположенных также поперек эмиссионного окна. При мощности накала 3 кВт в режиме моноимпульсов получен пучок сечением 10х 100 CM с плотностью тока до 275 мА/см2 и неравномерностью распределения плотности тока за фольгой на расстоянии 1 см не хуже ±7,5%. При энергии электронов 180 кэВ через титановую фольгу толщиной 25 мкм, опирающуюся на решетку с геометрической прозрачностью 90%, выводится 70% тока пучка.
Аналогичную электронно-оптическую систему имеет электронный источник [23] (рис. 2.10) . Численным расчетом установлено, что для получения равномерного распределения плотности тока по сечению пучка расстояния от формирующего электрода до катодов с и от катодов до сетки Ь, а также потенциал сетки Vc дожны удовлетворять следующим соотношениям: Ь/с 1; Vc ^ Vc h, где Vc h — потенциал сетки, соответствующий работе катодного узла в режиме тока насыщения. При потенциале сетки 0,8 кВ наиболее равномерное распределение плотности тока получено, когда потенциал формирующего электрода 1/ф = 0,6 кВ. В отличие от источника f22], в этом источнике отбор электронов из области формирования происходит при подаче на сетку положительного импульса. Отсечка тока осуществляется постоянным напряжением 0,4 кВ.
