Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Распределение плотности тока по сечению ПБС определяли измерением зарядов, накопленных за определенное число импульсов на конденсаторах, подключенных к 20 коллекторам площадью 1 см2 каждый, размещенных вдоль большой оси сечения ПБС. Установлено, что распределение тока эмиссии зависит от угла ip наклона осей разрядных камер относительно оси полости (рис. 3.16). При {р = 8° неравномерность не превышает ±10%. В пучке, выведенном в атмосферу, равномерность распределения плотности тока в пределах выпускного окна улучшается, однако одновременно происходит некоторое увеличение сечения пучка (рис. 3.17).
При ускоряющем напряжении 250 кВ и длительности импульсов тока 100 мкс, повторяющихся с частотой 20 Гц, ускоритель стабильно работает с плотностью тока перед фольгой 12 мА/см2. В случае длительности
53
Рис. 3.17. Распределение плотности тока [42] в вакууме (/) ив воздухе (2)
импульсов 30 мкс плотность тока может быть повышена до 35 мА/см2. Ток ПБС в вакууме при этом около 30 А. Время наработки ускорителя до отказа определяется прочностью фольги выпускного окна. Разрядные камеры безотказно функционировали в течение 1000 ч и обеспечивали неизменность характеристик после нарушения герметичности фольги.
В процессе эксплуатации ускорителя было установлено, что после достижения током эмиссии плазменного катода некоторых критических значений наблюдаются его обрывы, которые связаны с нарушением устойчивости горения дуги в канале контрагирования из-за недостатка ионов, поступающих в двойной электростатический слой из анодной части разряда. В свою очередь, недостача инов обусловлена снижением концентрации нейтралов в канале вследствие электронной откачки при протекании тока с высокой плотностью, достигающей 104 А/см2. Между критическим током разряда /кр, давлением в канале р и сечением канала существует связь [53] вида /кр с*>pS. Из этого соотншения следует, что повышение /кр с увеличением р или S должно сопровождаться повышением расхода рабочего газа Q.
Как показали эксперименты, при небольшом диаметре канала наблюдается линейная зависимость /кр от расхода газа. При большом расходе рост /кр с его увеличением замедляется, что, вероятно, связано с изменением режима течения газа в канале с молекулярного на вязкостный, когда pS ~ \/ QL (L — длина канала). Более рациональным способом получения больших значений эмиссионного тока без обрывов оказалось увеличение диаметра канала при Ud = const. Так, при постоянном расходе газа увеличение диаметра канала от 1 до б мм позволило повысить /кр в 3 раза.
Конструкция модернизированной разрядной камеры, обеспечивающая возможность работы при большом токе, представлена на рис. 3.18. В этой камере катоды 7 и промежуточный электрод 2 образуют ячейку Пеннинга. Дуговой разряд горит между катодами и rnafBHbiM анодом 4. Для предотвращения полного замыкания дуги на
к А
IN KJ Lj
2*
J I
ZJ 1\
О 0,15 0,3 0Л5 0,6 0,751,м
54
Рис. 3.18. Конструкция разрядной камеры
главный анод отверстие в главном аноде увеличено до 20 мм и между главным и промежуточным анодами введен дополнительный экранирующий электрод 3, соединенный с главным через резистор R. Диаметр отверстия в экранирующем электроде равен диаметру канала и составляет 6 мм. Длина контрагирующего канала в промежуточном электроде 6 мм. Такая разрядная камера позволяет получить ток эмиссии без обрыва /3 = 60 А при /кр = 90 А и расходе газа 100 см3/ч.
3.4. ЭЛЕКТРОННЫЕ ИСТОЧНИКИ НА ОСНОВЕ ЛОКАЛИЗОВАННОГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ И ФОРМИРОВАТЕЛЯ ОБЪЕМНОЙ ПЛАЗМЫ
Наряду с электронными источниками ПБС, выведенных через фольгу в атмосферу, в последнее время большое внимание уделяется генерации низкоэнергетичных ПБС для различных, в основном технологических, применений в вакууме или газе пониженного давления. Для получения таких ПБС можно использовать схемы ПИЭЛ, описанные в разд. 3.1. В частности, источники непрерывных ПБС [54, 55] с ускоряющим напряжением до 30 кВ созданы на основе принцип^построения импульсных ПИЭЛ (см. разд. 3.3), в которых имеются локализованное плотное плазменное образование и объемная плазма сравнительно небольшой плотности, поддерживаемая электронным пучком, инжектированным из плотной плазмы. Однако в отличие от ПИЭЛ с дуговым контрагированным разрядом, в. которых эмиттирующая плазма поддерживается электронами, ускоренными в двойном электрическом слое, возникающем на входе в сужение, в источнике непрерывного действия [55] объемная плазма образуется в специальном формирователе в результате инжекции в него электронов из отражательного разряда с полым катодом. Энергия инжектированных электронов определяется напряжением, приложенным между формирователем и электродами отражательного разряда. Основ-ными элементами источника такого типа (рис. 3.19) являются разрядная камера отражательного разряда, образованная полым катодом 1, ци-линдрическим медным анодом 5 и катодом-отражателем 3, а также формирователь 6 и ускоряющий эле-ктрод 9. Катоды 7 и 3, выполнен-ные из магнитной стали, определяют конфигурацию создаваемого постоянным магнитом 2 магнитного поля, необходимого для возбуждения отражательного разряда. В катоде 3 имеется осевое отверстие диаметром 4 мм для выхода заряженных частиц в формирователь 6, представляющий собой изолированный от катодов полый цилиндр с внутренним диаметром 110 мм. Торец формирователя перекрыт эмиссионным
