Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Основной недостаток ПИЭЛ с самостоятельным BTP — ограниченность возможности управления током ПБС и распределением плотности тока по сечению пучка при требуемом импульсном или непрерывном напряжении. Обычно применяемый способ управления изменением давления газа обладает большой инерционностью и часто недостаточным диапазоном регулирования. Повышение давления для увеличения тока ПБС приводит к сокращению высоковольтной стадии разряда. Зависимость тока BTP от давления обусловлена прежде всего влиянием давления на плотность анодной плазмы, образованной в результате ионизации газа ускоренными электронами. Плотность плазмы, в свою очередь, определяет ток ионов, поступающих из плазмы в прикатодный слой. При низком давлении, когда можно пренебречь перезарядкой ионов в слое, именно этот ток определяет электронную эмиссию катода ВТР, а следовательно, и ток ПБС. При повышенном давлении, когда процесс перезарядки становится существенным и значительную роль играет ионизация газа быстрыми ионами, влияние на BTP изменений ионной эмиссии плазмы усиливается.
Более гибкое и значительно менее инерционное управление током BTP в широких пределах можно осуществить при использовании ионного потока, эмиттируемого плазмой, которая создается не самим ВТР, а вспомогательным разрядом с параметрами, не зависящими от тока ПБС, т.е. в ПИЭЛ с несамостоятельным BTP (рис. 3.34).
ПИЭЛ с несамостоятельным ВТР, кроме конструкционных особенностей, различаются в основном способами получения ионного потока, а точнее, типом используемого для этих целей вспомогательного разряда. Вспомогательными разрядами могут служить разряды, применяемые в ПИЭЛ [2] и ионных источниках [66], в которых эмиссия заряженных частиц в ускоряющий промежуток происходит из плазмы, находящейся под высоким напряжением.
Секционированные ПИЭЛ (рис. 3.34) могут работать в режиме самостоятельного и несамостоятельного BTP и использоваться для возбуждения импульсных CO2- и СО-лазеров высокого давления [67]. В этих ПИЭЛ вспомогательный разряд, обеспечивающий анодную плазму при
66
3.6. ЭЛЕКТРОННЫЕ ИСТОЧНИКИ НА ОСНОВЕ НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНОГО BTP
- +
Up
2
Рис. 3.34, Схемы электронных источников ПБС с несамостоятельным ВТР:
1 — высоковольтный катод; 2 — секционированный изолятор; 3 — катод вспомогательного разряда; 4 — анод вспомогательного разряда; 5 — камера вспомогательного разряда; 6 — фольга выпускного устройства; 7 — сетчатый электрод; 8 — поджигающий электрод
низком давлении, зажигается между стенками вакуумной камеры 3, образующими полый катод# и анодами 4. На верхнем пределе рабочих давлений гелия BTP мог зажигаться и без вспомогательного разряда, однако вспомогательный разряд с напряжением горения порядка 500 В ускорял начальный рост тока# т.е. укорачивал фронт импульса тока, и расширял диапазон управления током ПБС. Вспомогательные аноды влияют также на положение и форму границы между анодной плазмой и ионным слоем, от которой зависит ионная оптика ПИЭЛ, а следовательно, и распределение ионного тока по поверхности катода. Дополнительный центральный анод 4 вспомогательного разряда затрудняет проникновение электрического поля через апертуру конечной секции ускорительной колонки, что приводит к изменению вогнутости плазменной поверхности и, следовательно, сходимости ионного потока, от которой зависит эмитти-рующая поверхность катода.
Секционированные электронные источники такого типа обеспечивали электронные потоки сечением от 15 X 2,5 до 100 X 10 см при ускоряющем импульсном напряжении до 150 кВ и частоте повторения импульсов до 200 Гц. Предельные токи ПИЭЛ ограничивались переходом BTP в дугу. Вероятность дугообразования становилась высокой при у'/Г> 10"2 А • м~2 - с.
При г = 10 мкс и, соответственно, при /', = 10”1 А/см2 с учетом того, что 7 % 10, предельная плотность тока электронной эмиссии составляет je ^
67
70 100 130 WOUtKb
Рис. 3.35. Вольт-амперные характеристики ПИЭЛ [67] при различных давлениях (газ—гелий)
Рис. 3.36. Зависимости тока BTP от тока вспомогательного разряда [67] (U^ 125 кВ) при различных давлениях
^ 1 А/см2. Эти оценки удовлетворительно совпадают с результатами работы [68], что дает основание сделать вывод, что для ПИЭЛ с алюминиевым катодом условия перехода несамостоятельного BTP в дугу существенно не зависят от конструкционных особенностей ПИЭЛ и способа образования анодной плазмы.
На рйс. 3.35 представлены характеристики BTP при разном давлении гелия для ПИЭЛ с анодными апертурами площадью S = 100х 11 см, а на рис. 3.36 — зависимости тока BTP от тока вспомогательного разряда при напряжении 125 кВ и разных давлениях для ПИЭЛ с S = 15x7 см. На рис. 3.37 (кривая из работы [67] ) показано распределение плотности тока П БС вдоль большей оси поперечного сечения S = 15 х 7 см при напряжении 125 кВ. Сводка параметров рассмотренного и других ПИЭЛ на основе несамостоятельного BTP представлена в табл. 3.3.
Рассмотренный ПИЭЛ [67], несмотря на использование вспомогательной системы электродов, позволяющей поддерживать несамостоятельный BTP при низком давлении и управлять током BTP в широких пределах, обладает в то же время рядом характерных черт, присущих ПИЭЛ с самостоятельным ВТР. К этим чертам относятся возможность зажигания при повышенном давлении самостоятельного ВТР, что обеспечивается соответствующей длиной секционированной ускорительной колонки, и отсутствие, несмотря на использование дополнительного центрального анода, жесткой фиксации положения и формы плазменной* поверхности, эмиттирующей ионы в прикатодную область.
