Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 2.1. Характеристики электронных источников ПБС с термокатодами
Параметры источника Одноэлементный катод Многоэлементный катод
[12,14,17? [20] [21] [23] [19] [24]
Ускоряющее напряжение, кВ 150-225 120 130 230 225 240
Плотность тока, А/см2 10_3, 10~2 10“4 5-Ю-3 (сред- няя) 2,7*10”1 10"1 5-Ю”3
Длительность импульса, MKC IO4, 103 Непрерывный режиы 1 - 10 і 50 40
Площадь се- 2 ЧЄНИЯ,CM 15X100 100 10X100 15X100 2,4-103
Тип катода Прессован- ный W W W- Th W- Th W- С
Мощность накала, кВт 0,4 — — 2 —
Неравномерность распределения плотности тока, ±% 1 15 5 15 5 10
38
В низковольтной пушке (рис. 2.13) [26] равномерное распределение плотности тока достигается введением дополнительного электрода и плавным изменением потенциалов электродов с помощью делителей напряжения, напряжение на которые подается от одного источника E2- Дополнительный электрод 3 снижает неравномерность распределения плотности тока, возникающую вследствие уменьшения тока эмиссии на концах нитевидных эмиттеров. При расстоянии нитей от дна катодного узла 1, равном 1,5 мм, электроды имели следующие потенциалы: корпус 1 — 5В, выравнивающий электрод 3 — 29 В, сетка 4 — 106 В, экранирующая сетка 5 — 115 В.
Наиболее характерные параметры источников электронов с термокатодами сведены в табл. 2.1. Ввиду отсутствия в описаниях таких источников размеров ускоряющих промежутков невозможно оценить расширение пучка под действием тепловых скоростей и пространственного заряда.
Глава 3 ПЛАЗМЕННЫЕ ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОНОВ
3.1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ
Для получения импульсных и непрерывных ПБС наряду с термокатодными системами, работающими в высоком вакууме, интенсивно разрабатываются и применяются газоразрядные источники электронов (рис. 3.1). Поскольку в них существенную роль играет плазма газового разряда, они относятся к плазменным источникам электронов (ПИЭЛ). За небольшим исключением в газоразрядных источниках используются* холодные катоды. Общими достоинствами этих электронных источников, обуслов-
Рис. 3.1. Схемы плазменных источников электронов:
1 — плазма; 2 — катод; 3 — анод; 4 — ПБС; 5 — ускоряющий электрод (фольга); 6, 7 — вспомогательные электроды
39
леннымм отсутствием накаленных деталей, являются: относительная простота и механическая надежность конструкций, нечувствительность к загрязнениям и случайным напускам воздуха, малое время включения, равное времени формирования разряда. Последнее обстоятельство позволяет обеспечить импульсную электронную эмиссию с помощью импульсных разрядов и потребление мощности только в период облучения объекта. Использование газоразрядной техники открывает широкие возможности для построения различных схем электронных источников ПБС, в которых плазма выполняет разные функции.
Эмиссия электронов в ускоряющий промежуток в схемах рис. 3.1 а,б происходит с границы прианодной плазмы 1, генерируемой низковольтным разрядом между холодным катодом 2 и анодом 3. Плазма в этих случаях не только выполняет роль эмиттирующей среды, но и обеспечивает ток с катода разрядного промежутка. Электронная эмиссия с этого катода происходит в результате бомбардировки его ионами и квантами излучения атомов, а также благодаря усилению прикатодного электрического поля ионным слоем. Электроны поступают через ячейки многоапертурного (сетчатого) анода 3 в ускоряющий промежуток между анодом 3 и ускоряющим электродом 5, которым обычно является заземленная фольга выводного устройства. Поскольку в газоразрядной плазме тепло-вая скорость электронов значительно больше скорости ионов ( vel Vf = = у/MTeImTj)', условие стационарного протекания электронного и ионного тока, обусловленного ионизацией газа (Ie =/,- ), обычно выполняется в результате образования у анода потенциального барьера для плазменных электронов (<рпл — ^ . При этом плотность теплового
электронного тока может значительно превышать плотность конвекционного тока. При подаче Ускоряющего напряжения U потенциальный барьер в ячейках сетки 3 (рис. 3.1,5) снижается, и одновременно повышается потенциал плазмы относительно стенок анода и сетки, что вызывает возрастание плотности эмиссионного тока через ячейки сетки и перераспределение электронного тока между электродом 5 и анодом разрядной камеры. Эти процессы делают механизм эффективной электронной-эмиссии из плазмы существенно отличным от механизма ионной эмиссии. Ускоряющее напряжение U на 2—3 порядка превышает напряжение горения разряда, который генерирует эмиттирующую плазму. Давление газа в ускоряющем промежутке может быть близко к давлению в прикатодной области разрядной камеры (рис. 3.1,а) или много ниже его (рис. 3.1,5). В обоих случаях конструкция и характеристики разрядной камеры таковы, что ионы, образующиеся в ускоряющем промежутке в результате ионизации газа высокоэнергетичными электронами, не оказывают существенного влияния на ПБС. Это можно интерпретировать как отсутствие в ускоряющем промежутке высоковольтного разряда.
Поверхность анода 3, который является эмиттерным электродом и определяет размеры и конфигурацию эмиттирующей поверхности плазмы, может быть как меньше поверхности холодного катода разрядной камеры (рис. 3.1, а), так и значительно больше ее (рис. 3.1,5). Таким образом, с помощью плазмы обеспечивается переход от плотности и распределения тока твердотельного катода /к к требуемым плотности и распределению эмиссионного тока /э как при /к >/э, так и при/к </э. Возможность такого перехода делает в некоторых случаях [27, 28] оправданным использование в плазменных источниках электронов термокатодов.
