Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Средняя плотность тока до 500 мкА получена при длительности импульса 1 — 10 мкс, частоте повторения до 1000 Гц и ускоряющем напряжении 130 кВ; 30 — 40% тока выводится в атмосферу через алюминиевую фольгу толщиной 18 мкм, которая опирается на решетку, охлаждаемую по контуру водой. Решетка выполнена из медных пластинок толщиной 1 и высотой 12 мм, разнесенных на расстояние 2,5 мм. Неравномерность распределения плотности тока на расстоянии 5 мм от фольги составляет ±5%. По схеме рис. 2.9 выполнена электронно-оптическая система источника [24], работающего в частотном режиме с длительностью импульса T =40 мкс. B этом источнике нитевидные катоды изготовлены из торированного карбидирован-ного вольфрама сечением 2 х 0,6 мм и расположены на расстоянии 50 мм друг от друга. Формирующий электрод и сетка находятся под потенциалом катода. Отбор электронов осуществляется ускоряющим электрическим полем, приникающим в пространство между сеткой и катодом. Отбираемый ток определяется импульсным ускоряющим напряжением и проницаемостью сетки:
D= In <р/27Гс) / {2nda<lp), (2.8)
где р — шаг сетки; 2с — диаметр сеточной нити; с/а.с — расстояние между анодом и сеткой. При р = 10 мм, 2 с = 1,2 мм, da.c = 100 мм и ускоряющем напряжении UamQ = = 240 кВ в ускоряющем промежутке был получен ток до 30 A. B атмосферу через фольгу толщиной 30 мкм при геометрической прозрачности опорной решетки 60% выводится 40% тока ускоряющего промежутка. Измеренная на расстоянии 25 мм от фольги неравномерность распределения плотности тока вдоль наибольшего размера поперечного сечения пучка (80 см) не превышала ±10%. Плотность тока, выведенного в атмосферу пучка, составляла 5 мА/см .
Несмотря на влияние неравномерности тока эмиссии нитевидных катодов на распределение плотности тока пучка в некоторых четырехэлектродных источниках
36
Рис. 2.10. Схема питания и конструк- Рис. 2.11. Источник электронов с много-
ция четырехэлектродного источника элементным катодом [19] {а) и распреде-
?23] ; ление плотности тока в пучке І6) :
1 - изолятор; 2 - формирующий /-нитевидные катоды; 2-управляю-
электрод; 3 - катод; 4 - сетка; 5 - Щая сетка; 3-экранирующая сетка; 4-
выводное окно; S- камера сетка' устраняющая искрения; 5-фольга
катоды работают в режиме тока насыщения, так как при этом ток эмиссии используется более эффективно. Схематично устройство такого источника представлено на рис. 2.11,а [ 1Э]. В этом источнике формирующий электрод соединен электрически с катодом, а изменение плотности тока и модуляция пучка осуществляются управляющей сеткой, находящейся под положительным относительно катода потенциалом. Высокая равномерность распределения плотности тока достигается за счет усложнения конструкции управляющего электрода, который выполняется в виде полуцилиндров, охватывающих нитевидные катоды. Чтобы исключить проникновение ускоряющего поля в область формирования пучка, между анодом и управляющей сеткой устанавливается экранирующая сетка, соединенная с управляющей сеткой. Катодный узел представляет собой прямоугольную коробку, в которой на расстоянии 1,2 см крепятся поперек эмиссионного окна 80 нитевидных катодов диаметром 0,4 мм и длиной 17 см из торированного вольфрама. Между катодами и управляющей сеткой приложена разность потенциалов 1,5 кВ. Электроны, эмиттируемые катодом, движутся вначале в радиальном электрическом поле, а затем в поле, проникающем из области ускорения через экранирующую сетку. При ускоряющем напряжении 225 кВ получен пучок с плотностью тока 200 мА/см2 размером 15 х 100 см. Высокая равномероность распределения плотности тока (рис. 2.11,6) достигнута за счет усложнения конструкции катодного узла, который работает при высокой термической нагрузке. Кроме того, наличие двух сеток, имеющих положительный потенциал, вероятно, вызывает заметные потери эмиссионного тока.
В отличие от конструкции, описанной в [22], в источнике, схема которого приведена на рис. 2.12 [25], 9 нитевидных катодов расположены вдоль большой оси пучка. Экранирующая сетка 6, состоящая из 10 вольфрамовых стержней, электрически соединена с цилиндрическим экраном 2, в котором расположена катодно-сеточная система. Управляющая сетка 5 выполнена из тонких вольфрамовых нитей, расположенных по образующим цилиндра вдоль катодов и стержней экранирующей сетки. При мощности накала 2 кВт катод обеспечивает ток 70 А. Пучок выводится в атмосферу через выводное окно размером 9 х 29 см и геометрической прозрачностью 50%. Предназначенный для работы в электроионизационном лазере источник ра-
37
12 3 «
1/5
©
QiTtittJLa
Рис. 2.12. Схема источника, работающего в режиме моноимпульсов [25]:
1 — корпус; 2 — цилиндрический экран; 3 — катодная пластина; 4 — катоды; 5 — управляющая сетка; 6 — экранирующая сетка; 7 — выводное окно
Рис. 2.13. Источник с электрическим управлением распределения плотности тока [26]:
1 — корпус катодного узла; 2 — катод; 3 — выравнивающий электрод; 4 — управляющая сетка; 5 — изолятор; 6 — делитель напряжения
бЪтал при ускоряющем напряжении 150 кВ и обеспечивал в активной среде плотность тока 10”3 А/см2. Сложность распределения электрического поля в таких системах предполагает использование численных расчетов траекторий электронов и потенциалов электродов, соответствующих оптимальному распределению плотности тока по сечению электронного потока. Уточнение расчетов часто осуществляют на моделях при пониженном ускоряющем напряжении.
