Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 3.28. Зависимость предельных параметров BTP от давления [63]
61
I, A
200
0
W,K3B
80
60
r,HC
/I*
10
0,1 I 10 p, Па 80 100 120 HO 160 Щ кВ
Рис. 3.29. Зависимости параметров ПБС от давления гелия и напряжения ускорения и зажигания [58]
несколько десятков ампер при плотности порядка 1 А/см2 может быть реализован только в импульсном режиме с длительностью импульса не более 10 мкс.
При малой длительности импульса ПИЭЛ с самостоятельным BTP могут генерировать ПБС со значительно большей плотностью тока, чем было 'получено в работах [56, 57] на импульсах длительностью порядка 10” 4 с и в работе [63] при 10~5 с. Так, в ПИЭЛ [58], электрическая схема которого представлена на рис. 3.22,в, при длительности импульса тока 30 не плотность тока превышала 15 А/см2. Работа ПИЭЛ на коротких импульсах обеспечивалась, наряду с рассмотренными выше особенностями схемы питания, использованием в разрядном промежутке катодной иглы длиной
3 см, облегчающей зажигание разряда. На рис. 3.29 представлены зависимости амплитуды тока ПБС, прошедшего через титановую фольгу толщиной 12,5 мкм, длительности импульса тока на уровне половины его амплитуды и средней энергии электронов в импульсе от давления гелия при пробивном напряжении разрядника 120 кВ, а также зависимости амплитуды тока и средней энергии электронов от пробивного напряжения при давлении гелия 10 Па. Уменьшение тока ПБС и снижение средней энергии электронов объясняется в [58] увеличением потерь электронов на стенках и снижением их энергии из-за возрастания числа столкновений электронов с нейтралами, а слабая зависимость параметров от давления при р < 4 Па — влиянием газовыделения из электродов и стенок. Зависимость параметров ПИЭЛ от напряжения U3 обусловлена влиянием U3 на скорость накопления энергии зарядным конденсатором C2 после пробоя разрядника 7 (см. рис. 3.22,в).
62
ІГаз
Рис. 3.30. Схема электродов ПИЭЛ и электрического литания [61 ]
Измерения распределения энергии пучка по его сечению показали, что при диаметре пучка 50 мм около половины его энергии выделяется в круге диаметром 30 мм, а плотность энергии в центре пучка приблизительно в 4 раза выше, чем на краях. Относительно большая неравномерность распределения плотности тока по сравнению с рассмотренными выше ПИЭЛ, где плотность тока вблизи края ПБС составляла 90 % плотности тока в центре (см. рис. 3.25), обусловлена значительно меньшим отношением диаметра электродов к межэлектродному расстоянию и наличием осевой неоднородности электронов, вызванной катодной иглой.
Неопределенность разброса поперечных составляющих скоростей высокоэнергетичных электронов в BTP и протяженности прикатодного ионного слоя затрудняет оценки расширения ПБС в ПИЭЛ на основе самостоятельного ВТР. При использовании приведенного в [59] значения ширины энергетического спектра электронов при ионно-электронной эмиссии (40 эВ), протяженности катодного падения потенциала для разряда в гелии при р = 4 Па (10 см) для ПИЭЛ [56, 57] относительное расширение под действием тепловых скоростей составляет т] - 1,5 %, ар-расширение X0 99 =2%. Расширение пучка под действием собственных электрического и магнитного полей много меньше теплового расширения.
ПБС могут формироваться в самостоятельном BTP не только между плоскими алюминиевыми электродами, но и в других электродных конфигурациях с другими катодными материалами.
Радиально сходящийся ПБС был получен в системе коаксиальных цилиндрических электродов длиной 60 см со стеклянными торцами (59] .Катодом служил внешний цилиндр из нержавеющей стали с внутренним диаметром 22 см, анодом — внутренний цилиндр диаметром 6,3 см из титановой фольги толщиной 10 мкм, защищенный с двух сторон сеточными цилиндрами. BTP в гелии при давлении 1,22 Па возбуждался от генератора Маркса с запасенной энергией 35 Дж при максимальном напряжении 120 кВ и частоте повторения импульсов 0,4 Гц. При длительности импульса 1 мкс через фольгу проходил ПБС с током 6 А. Плотность тока ПБС составляла 5 мА/см2.
В работе [61] кратко описан ПИЭЛ на основе ВТР, в котором также использовалась электродная система, отличная от плоскопараллельной (рис, 3.30). К основным элементам ПИЭЛ относятся стальной полый катод 1 диаметром 16 см, латунная сетка 2, расположенная на расстоянии 2 см от катода, полый анод 3 и латунная
63
Рис. 3.31. Схема ПИЭЛ с многоапертурным анодом [62]
Рис. 3.32. Зависимость тока разряда от положения мишени при (У = 30 кВ [62]
анодная сетка 4, имеющая прозрачность 67%. Анодная сетка служит опорой для лавсановой пленки толщиной 25 мкм, через которую ПБС выходит в газ высокого давления. В качестве рабочих газов использовались водород, гелий и остаточный газ, которые, как и в [56], позволили получать ПБС с одинаковыми параметрами. При большом сопротивлении ограничительного резистора (Як ^ 1,5 кОм) ток ПБС слабо зависел от давления газа в диапазоне 0,4 - 0,66 Па. На рис. 3.23, s показаны осциллограммы напряжения, тока ПБС / и анодного тока /а. При начальном напряжении до 150 кВ был получен ПБС со средней плотностью тока 15—25 мА/см2 (/ * = 3—5 А) длительностью 15—50 мкс. При Rk =0,5 кОм плотность тока возросла до 50—80 мА/см2 {/ = 10—16 А) при сокращении длительности до 5 мкс. Распределение плотности тока по сечению ПБС в этом ПИЭЛ существенно менее однородно, чем в ПИЭЛ на основе ВТР, рассмотренных выше, что, вероятно, обусловлено специфичной конструкцией катодного узла. Однако использование неэквипотенциального полого катода привело к сниженйю давления рабочего газа и позволило управлять в определенных пределах распределением плотности тока ПБС путем изменения давления и напряжения между катодом и катодной сеткой.
