Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
На основе результатов исследования описанного ПИЭЛ был разработан электронный источник [34], предназначенный для возбуждения электроионизационных газовых лазеров непрерывного действия (рис. 3.7). Цилиндрический полый катод 1 разрядной камеры из нержавеющей стали, подвергнутой электрополировке, имеет диаметр 18 см. Анод 2 и управляющая сетка с размерами ячейки 0,5 мм и прозрачностью 59%, расположенные на расстоянии 0,8 см друг от друга, имеют опорные каркасы в виде перфорированного стального листа толщиной 0,95 мм с отверстиями диаметром 4 мм и прозрачностью 63%. Для повышения однородности ПБС анодная сетка разделена на четыре секции, каждая из которых запитывается через отдельный резистор. Устойчивое горение тлеющего разряда между полым катодом и анодной сеткой при напряжении около 500 В и давлении гелия до 2 Па обеспечивается благодаря вспомогательному разряду на поджигающий проволочный анод (не показанный на рисунке) с током 10 мА при постоянном напряжении 300 В.
Ускоряющий промежуток длиной 4 см выдерживает -без разряда напряжение до 190 кВ. Однако достигнутое рабочее напряжение составляет около 150 кВ при максимальном давлении 5 Па. Расстояние от ускоряющей сетки до фольги выпускного окна равно 4,5 см. Фольга поддерживается алюминиевой опорной решеткой с прозрачностью 75%.
44
Рис. 3.6. Распределение плотности тока по сечению пучка [29]
При равенстве потенциалов анодной и управляющей сеток ток прошедших через анодную сетку электронов составляет около 59% разрядного (катодного) тока. Коэффициент токопрохождения через управляющий электрод 85%, что значительно превышает его геометрическую прозрачность и может быть объяснено повышением потенциала плазмы при одновременном снижении потенциального барьера в ячейках управляющей сетки. При ускоряющем напряжении 150 кВ в атмосферу выходило около 50% ускоренного тока, т.е. 25% разрядного тока. При длительности импульса 0,5 с плотность тока за фольгой составляет 0,1 — 0,2 мА/см2. Неравномерность распределения плотности тока по сечению ПБС в вакууме — в пределах і 10%. Сводка параметров этого электронного источника приведена в табл. 3.1.
Таблица 3.1. Характеристики электронных источников ПБС с плазменным эмиттером
Параметры источника [34] [42] [41]
Ускоряющее напряже- 150 250 250
ние, кВ
Плотность тока ПБС, 2 • 10”4 3,5 • 10-2 5 • 10_3
А/см2
Длительность импульса, 5 Ю5 30 100
MKC
Площадь сечения ПБС, 5 х 125 15 х 60 35 X 80
CM2
Давление рабочего газа, 2 (He) 5•10'3 3 • 10~3
Па (воздух в ус- (воздух в ус-
коряющем коряющем
промежутке) промежутке)
Рис. 3.7. ПИЭЛ с пучком сечением 5х 125 см [34J:
1 — полый катод; 2 — анод; 3 — управляющая сетка
45
В ПИЭЛ, основанных на извлечении электронов из плазмы низковольтного тлеющего разряда с холодным полым катодом, используются относительно простые физические принципы. Конструкции этих источников просты, несложны в настройке и эксплуатации, достаточно экономичны, особенно в импульсном режиме; могут обеспечивать ПБС с плотностью тока более 10 А/см2 при значительной длительности импульсов. Наиболее существенный недостаток — рабочий диапазон давлений от 2 до 5 Па при U- 150 кВ, d - 4 см [28] и в связи с этим несомненные трудности повышения в реальных условиях ускоряющего напряжения более 150 кВ. Конструкции ПИЭЛ и источников питания, особенности которых в литературе, к сожалению, не освещены, усложняются тем, что разрядная камера ПИЭЛ и узел управления током ПБС находятся под полным ускоряющим напряжением.
3.3. ЭЛЕКТРОННЫЕ ИСТОЧНИКИ НА ОСНОВЕ КОНТРАГИРОВАННОГО РАЗРЯДА С РАСШИРЕННОЙ АНОДНОЙ ЧАСТЬЮ
/ В рассмотренных в предыдущем разделе ПИЭЛ с холодным катодом достаточно плотная плазма генерируется в газовых разрядах при давле-) ниях р > 1 Па. При этом общим недостатком этих ПИЭЛ, вытекающим из принципа их действия, является отсутствие перепада давления между областями генерации плазмы и ускорения электронов, что сужает рабочий диапазон давления и ограничивает электрическую прочность этих источников ПБС. Регулируемое повышение давления для увеличения плотности плазмы или неконтролируемое повышение давления при работе ПИЭЛ снижает предельное ускоряющее напряжение или сокращает длительность высоковольной стадии протекания тока. Снижение давления для повышения электрической прочности ускоряющего промежутка приводит к ухуд-I шению условий зажигания разряда, необходимого для генерации плазмы,
I и уменьшению разрядного тока. Именно этими факторами можно объяснить то, что в известных из литературы ПИЭЛ рассмотренного типа уско-\ ряющее напряжение все еще не превышает 150 кВ, хотя отмечается целесообразность его повышения до 400 кВ [56, 67].
, Ускоряющее напряжение можно повысить, применяя более эффективные способы генерации плазмы необходимой плотности при более низком давлении и с перепадом давления между разрядной камерой и ускоряющим промежутком. Оба этих способа повышения электрической прочности используются в ПИЭЛ [36—42], схема которых представлена на рис. 3.8. В электронных источниках этого типа высокий вакуум в промежутке между сеткой 6, определющей эмиттирующую поверхность плазмы, и ускоряющим электродом 7 обеспечивается в результате последовательного понижения давления в промежутках между электродами 3, 4,
