Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 3.3 Характеристики электронных источников с несамостоятельным BTP
Параметры источника [67] [68] [27] [28]
Ускоряющее напряжение, кВ 150 130 130 150
Плотность тока ПБС, А/см2 0,2 (10-4) 2 (— IO-2) 10"* 0,1
Длительность импульса, мкс 10(100) 2-5(5-150)80 120
Площадь сечения ПБС, см2 10x100 4x400 5x15 6х 50
Давление рабочего газа, Па 4 (He) 1,3 (He) 4-Ю-2 (Ar) 2 (He)
Примечание. В скобках приведены значения при втором режиме.
63
Рис. 3.37. Распределение плотности тока по сечению ПБС в разных электронных источниках с несамостоятельным BTP
В большинстве ПИЭЛ с несамостоятельным BTP вспомогательный разряд отделен от высоковольтного промежутка сеткой [27, 28, 68] или перфорированным электродом [69]. Благодаря этому уменьшается влияние высокого напряжения на характеристики вспомогательного разряда и обеспечивается независимость от высокого напряжения и параметров вспомогательного разряда положения эмиттирующей ионы плазменной поверхности. Эта поверхность совпадает с плоскостью ограничивающей сетки.
Во всех случаях (см. рис. 3.34) основными элементами ПИЭЛ являются высоковольтный катод 7, заземленная фольга 6 выпускного устройства и камера вспомогательного разряда 5, конструкция которой проницаема для ПБС. От прикатодной области вспомогательная разрядная камера отделена сетчатым электродом 7. Источники различаются в основном электродными системами вспомогательных разрядных камер. Вспомогательные разряды должны обеспечивать объемную однородную плазму с достаточной плотностью при невысоком напряжении и относительно низком давлении, при котором промежуток между катодом и сеткой выдерживает требуемое высокое напряжение, и электроны ПБС существенно не рассеиваются на газе. На рис. 3.34,6 показана схема ПИЭЛ [27], в котором в качестве вспомогательного применен объемный разряд низкого давления с накаленным катодом. В заземленной разрядной камере вспомогательного разряда размером 20x10x2 см находятся термокатод 3, образованный двумя вольфрамовыми нитями длиной 17 см, и анод 4 в виде рамки из нержавеющей стали. Напряжение горения разряда в аргоне при давлении 4-10“2 Па не превышает 250 В. Электроны эмиттируются холодным катодом 7 из нержавеющей стали под действием высокознерге-тичных ионов и после ускорения напряжением 130 кВ в промежутке длиной 5 см между катодом 7 и сеткой 7 проходят через эту сетку, а затем через алюминиевую фольгу толщиной 20 мкм и попадают на коллектор 6. Сетка 7 и выходное окно имеют размеры 15 х 5 см.
Ток ПБС пропорционален давлению и току разряда в ионном источнике. Максимальный ток BTP достигает 80 мА при плотности 1 мА/см2. Импульсный режим ПИЭЛ с длительностью импульса 80 мкс осуществлялся за счет импульсной работы источника ионов. На рис. 3.37 (кривая из работы [27]) представлено распределение плотности тока ПБС вдоль большой оси его сечения.
Вспомогательный разряд с термокатодом в ПИЭЛ с BTP (см. рис. 3.34,6) позволяет работать при наиболее низком давлении, что обеспечивает высокую электрическую прочность ускоряющего промежутка и дает принци-
69
пиальную возможность значительно повысить напряжение. Однако при таком давлении аргона (4-Ю"2 Па) становится несущественной роль процесса перезарядки ионов, что снижает ионно-электронную эмиссию, а следовательно, и эффективность ПИЭЛ в целом.
Электронный источник, схема которого показана на рис. 3.34,в [69], имеет ионный источник на основе разряда с холодным полым катодом/ Разряд такого типа используется также в ПИЭЛ [34] (см. рис. 3.7), в котором электроны ПБС извлекаются непосредственно из прианодной плазмы, создаваемой в находящейся под высоким напряжением разрядной камере. В рассматриваемом ПИЭЛ [69] с несамостоятельным BTP из прианодной плазмы такого же разряда, который горит между полым катодом 3 и сетчатым анодом 4, извлекаются не электроны, а ионы. Инжек-ция ионов в высоковольтный промежуток происходит благодаря напряжению между анодом 4 и экранирующей сеткой 7, электрически соединенной с полым катодом. Сетка 7 устраняет также влияние на вспомогательный разряд электрического поля высоковольтного промежутка. Поджигающий электрод 8 в разрядной камере ионного источника при подаче на него напряжения относительно катода 3000 В обеспечивает инициирование разряда при более низком давлении газа и повышает стабильность его горения. Напряжение горения разряда с полым катодом в гелии при давлении 1—6 Па составляет 500—1000 В. Управление плотностью тока ионов в катодной полости, а следовательно, и током ПБС осуществляется изменением напряжения между сетчатым анодом и заземленным полым катодом.
Достоинством ПИЭЛ с ионным источником на основе разряда с холодным полым катодом (см. рис. 3.34,в) является его повышенная надежность по сравнению со схемой рис. 3.34,6 благодаря отсутствию накаленного катода во вспомогательной разрядной камере. Однако давление в разряде с полым катодом, очевидно, выше чем в разряде с термокатодом при одинаковой плотности плазмы, что обусловливает более жесткие ограничения в повышении напряжения BTP при использовании схемы рис. 3.34,в.
