Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
При выполнении условии pd < (pd)заж в плоскопараллельной системе электродов с анодным отверстием благодаря провисанию электрического поля в отверстие возможно зажигание STP по длинному пути вдоль оси отверстия. Такой способ применяют для получения с помощью BTP электронных пучков малого сечения. Потоки большого сечения можно получить как совокупность пучков малого сечения с помощью многоапертурного анода, который разбивает межэлектродный промежуток на равное количеству апетур число параллельно работающих разрядных ячеек, каждая из которых обеспечивает электронный пучок.
Применение при выводе электронного потока в газ высокого давления через фольгу многоапертурного анода, сочетающегося с опорной решеткой, позволяет исключить потери пучка на решетке и уменьшить ее геометрическую прозрачность, за счет чего повышается жесткость выпускного окна и улучшается возможность охлаждения фольги [62]. Кроме того, применение ПБС как совокупности многих пучков малого сечения, получаемых при давлении 1—10 Па, облегчает вывод ПБС в газ высокого давления через газодинамические окна [65].
Основными электродами ПИЭЛ [62] с многоапертурным анодом (рис. 3.31) являются катод 1 и анод 2. Область анодной плазмы ограничена электродом 3, выполняющим роль мишени.
Для повышения однородности многопучкового ПБС целесообразно увеличивать плотность расположения ячеек. Однако при выбранном
64
межэлектродном расстоянии, минимальное значение которого определяется условиями вакуумного пробоя, увеличение плотности ячеек за счет уменьшения анодных апертур ограничено условиями провисания в апертурах электрического поля, необходимого для зажигания BTP в отдельных ячейках. В работе [62] выявлено, что эффективность отбора электронов из BTP а = ///р, возрастая с увеличением отношения da/d, достигает наибольшего значения, когда da = d. Последнее равенство определяет максимальную плотность ячеек при предельном значении а = 0,85.
При напряжении горения U = 60 кВ и давлении воздуха в источнике р = 2,66 Па средняя плотность тока через 64 отверстия диаметром 8 мм составляла 230 м кА/см2.
Для устойчивой паралелльной работы множества ячеек необходимы стабилизация газового режима и включение в цепь BTP ограничительного резистора. При напуске газа через соосные с анодными апертурами катодные отверстия диаметром более 2 мм напряжение зажигания BTP становилось значительно выше напряжения горения, а на вольт-амперной характеристике появлялся участок с отрицательным сопротивлением. При этом горение BTP становилось неустойчивым даже при падении напряжения на ограничительном резисторе 0,25 U. Неустойчивость BTP объясняется в [62] формированием в катодных полостях плотной плазмы с повышенной эмиссионной способностью.
Ток BTPc многоапертурным анодом определяется условиями формирования анодной плазмы, зависящими от расстояния Ia между анодом и мишенью (рис. 3.32). Выявлено, что уменьшение расстояния между анодом и мишенью (фольгой) облегчает повышение напряжения горения ВТР, но приводит к снижению эффективности отбора электронов. Увеличение этого расстояния повышает рассеяние электронов ПБС и, следовательно, расширяет его энергетический спектр.
В ПИЭЛ на основе BTP наряду с двухэлектродным высоковольтным промежутком используются секционированные высоковольтные конструкции [60]. Благодаря тому, что значение параметров pd для промежутков между соседними секциями выбиралось недостаточным для зажигания разряда в этих промежутках [pd =6,7 Па • см при U = 30 кВ, (pd) проб = = 8 Па см], BTP зажигался лишь вдоль центрального канала по длинному пути. При этом протяженность катодного падения потенциала оказывается приблизительно равной суммарному расстоянию между электродами и слабо зависящей от режима горения ВТР.
Использование секционированной высоковольтной конструкции вместо односекционной обеспечивает:
1) повышение электрической прочности изолятора благодаря значительному уменьшению бомбардировки его поверхности высокоэнергетич-ными электронами, отраженными от анода и фольги;
2) повышение электрической прочности конструкции благодаря устранению неравномерности распределения напряжения, вызываемой стягиванием напряжения к катоду при образовании в высоковольтном промежутке анодной плазмы;
3) уменьшение зависимости от режима горения BTP протяженности катодного падения потенциала, влияющего на энергетический спектр ПБС и в ряде случаев на оптические свойства разрядного промежутка.
Разработка ПИЭЛ с ВТР, за исключением описанного в [57], вызвана развитием электроионизационных лазеров высокого давления. ПИЭЛ [59J был использован в
65
Рис. 3. 33. Схема лазера с ПИЭЛ:
1 — катод; 2 — анод; 3 — лазерная кювета
импульсном CO2-лазере (рис. 3.33) объемом 1,7 л при атмосферном давлении. Co смесью CO2, N2 и He в пропорции 3:3:4 были получены выходные импульсы длительностью 1,5 мкс с энергией 20 Дж. В CO2-лазере атмосферного давления объемом 1,7 л с секционированным источником были получены выходные импульсы длительностью 5 мкс с энергией 1,4 Дж на смеси He : N2 : CO2 в соотношении 7:1 : 2. Источник [61] нашел применение в электроионизационном С02-лазере атмосферного давления объемом 1,5 л. В [57] описано применение ПБС для визуализации газовых потоков в результате их возбуждения высокоэнергетичными электронами при плотности газа, которая мала для использования обычной рефрактометрии. С этой целью из ПБС вырезали ленточный пучок размером 100 х 0,5 мм.
