Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
При ускоряющем напряжении 250—270 кВ и общем разрядном токе 30—45 А ток пучка сечением 0,8 х 0,35 м составлял 10—15 А. Неравномерность плотности тока в плоскости ускоряющего электрода не превышала ± 10%, а глубина высокочастотной модуляции — 6%. При кТ =20 эВ коэффициенты относительного расширения пучка под действием тепловых скоростей составляют 7? =2%, X о,99 = 4%. Расшире-
50
Рис, 3.12. Разрядная камера [38] :
1 — магнит; 2 — изолятор; 3 — промежуточный анод; 4 — ферромагнитная вставка; 5 — магнитопровод; 6 — катод; 7 — главный анод ; 8 — анодная полость; 9 — эмиттерная сетка
ние под действием собственных электрического и магнитного полей мало и его можно не учитывать.
Выбором момента зажигания дугового разряда и длительности его горения относительно времени приложения ускоряющего напряжения можно заначительно уменьшить количество низкоэнергетичных электронов, ускоряемых на фронте и спаде высоковольтного импульса. Это существенно уменьшает потери электронов при выводе их через фольгу и снижает ее нагрев.
Образование во всем объеме анодной полости отностельно однородной плазмы позволяет осуществлять извлечение электронов со значительной плазменной поверхности не только вдоль оси разрядных камер, но и через каналы в боковых стенках полости. Последний способ реализован в электронном ускорителе [42], в котором использованы две работающие на общую полость разрядные камеры, оси которых
Рис. 3.13. Общий вид плазменного эмиттера
51
почти перпендикулярны направлению извлечения электронов (рис. 3.14). Разрядные камеры 1 с дуговым контрагированным разрядом установлены на торцах полости 2, выполненной в виде прямоугольного параллелепипеда. Полость с помощью двух проходных изоляторов 5 крепится к вакуумной камере 6. На одной из боковых сторон полости имеется прямоугольное окно размером 60X 1 5 см, затянутое сеткой 3 с ячейками 0,4 х 0,4 мм; прозрачность сетки 60%. Параллельность потока электронов обеспечивается прикатодным электродом 4 высотой 3 см. Электроны выводятся в атмосферу через фольгу 7, наложенную на медную опорную решетку 8, охлаждаемую водой.
Одной из отличительных особенностей схемы питания ускорителя по сравнению с представленной на рис. 3.11 является использование специальных схем поджига разряда 11, 12 [51] , обеспечивающих импульсы с амплитудой 5 кВ и длительностью
2 мкс, а также низковольтных формирующих линий 10,13 для поддержания дугового разряда длительностью до 100 мкс й частотой повторения 1—50 Гц. Напряжение на блоки 10—13 подается от разделительного трансформатора 16 с изоляцией между обмотками на 300 кВ. Примененный способ питания повышает эффективность плазменного эмиттера, что особенно существенно в частотном режиме.
Другой особенностью схемы питания ускорителя является использование постоянного ускоряющего напряжения при импульсном горении разряда. Благодаря этому полностью исключается появление низкоэнергетичных электронов, возникающих при импульсном ускоряющем напряжении на фронте и спаде импульса. Ускоряющее напряжение между анодной полостью и фольгой подается через ограничительный резистор R5 от накопительного конденсатора С емкостью 0,1 мкФ, заряжаемого в промежутках между импульсами тока через резистор R4 от слаботочного выпрямителя 14, собранного по схеме учетверения напряжения и запитываемого от высоковольтного трансформатора 15. Спад ускоряющего напряжения за время импульса не превышает 5%.
В электроннных источниках [39, 49] с извлечением электронов вдоль оси разрядных камер (продольное извлечение) принимались специальные меры для повышения равномерности распределения плотности эмиссионного тока. При извлечении электронов поперек направления выхода потока заряженных частиц из разрядных камер (поперечное извлечение) устраняется влияние на равномерность эмиссии аксиально- симметричного 52
Рис. 3.15. Зависимости от ускоряющего напряжения тока (?) и коэффициента токопрохождения через фольгу (2)
<f>=l л
11^1
О O9I 092 OtS 0t4- O1Sl9м
Рис. 3.16. Изменение распределения плотности тока при наклоне разрядных камер [42]
распределения этого потока, а при соответствующем ориентировании магнитного поля разрядных камер — влияние сноса плазмы рассеянным магнитным полем. Использование поперечного извлечения позволяет получать с помощью двух разрядных камер пучки большого поперечного сечения, определяемого расстоянием между разрядными камерами. Следует также отметить существенное повышение электрической прочности ускоряющего промежутка при поперечном извлечении по сравнению с продольным.
Эффективность извлечения электронов а, выражаемая отношением тока ПБС к разрядному току /р, не зависит от /« в диапазоне 5-40 А и при общем расходе рабочего газа—воздуха 150 см3/ч и давлении в вакуумной камере (5—6) -10"3 Па составляет a ^ 0,5. Характеристики ускорителя при /р ~ 20 А и длине ускоряющего промежутка 50 см приведены на рис. 3.15. Перегиб характеристики при напряжении около 50 кВ, как показывают оценки с использованием закона степени 3/2, происходит при совпадении эмиттирующей поверхности с плоскостью эмиттерной сетки. Медленное нарастание тока при дальнейшем увеличении ускоряющего напряжения можно объяснить повышением действующего потенциала в плоскости сетки в соответствии с соотношением (3.1) и уменьшением перехвата электронов сеткой. На рис. 3.15 приведена также экспериментальная зависимость коэффициента токопрохождения 7д/ через алюминиевую фольгу толщиной 50 мкм от ускоряющего напряжения. При U= 250 кВ в атмосферу выводятся 65% тока, протекающего в вакуумном промежутке, что с учетом геометрической прозрачности решетки (0,88) удовлетворительно согласуется с расчетным коэффициентом, полученным в [52]. Коэффициенты расширения ПБС под влиянием тепловых скоростей составляют т? = 8%, Xо,99 = 15—20%; коэффициент расширения в резуль-тате действия собственных электрического и магнитного полей 17 = 0,1%.
