Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 3.34,г показана схема ПИЭЛ, предназначенного для возбуждения эксимерных лазеров [68], на основе несамостоятельного BTP со вспомогательным разрядом еще одного типа. Для создания плазмы использована разрядная камера, в которой катодами являются электрически соединенные сетка 7 и фольга 6 выпускного устройства, а анодом — система тонких проволок 4, расположенных между катодами. Сетка имеет прозрачность 80% и ячейки размером 0,6 х 0,6 мм. Расстояние между сеткой и фольгой d = 4 см. Размеры фольгового окна, определяющие сечение ПБС, 50x4 см. В квазинепрерывном режиме работы ПИЭЛ в разрядной камере, служащей источником ионов, использовали анод в виде трех отдельных танталовых проволок диаметром 0,3 мм, расположенных на расстоянии 1 см друг от друга. В импульсном режиме применяли анод, образованный 17 проволоками, расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга параллельно поперечной оси сечения ПБС.
При напряжении около 400 В между катодами и проволочным анодом разряд может зажигаться уже при давлении гелия 0,27 Па 'благодаря тому, что тонкие проволоки анода обеспечивают эффективное электростатическое удержание незкоэнергетичных электронов. Эти электроны колеблются около проволок между катодами, что приводит к значительному удлинению их траекторий и увеличению числа ионизаций. Распределение анодных проволок в ионном источнике определяет распределение плотности плазмы, а следовательно, и распределение плотности тока электронной 70
Рис. 3.38. Зависимость плотности тока BTP от тока вспомогательного разряда [68] : J
газ—гелий, р = 1,3 Па; U- 110 кВ; х — квази- Ю
непрерывный режим; о — импульсный режим
Ю'г
эмиссии катода 1 из нержавеющей стали, расположенного на расстоянии 4 см от сетки ионного источника.
Максимальное ускоряющее напряжение между катодом 1 и разрядной камерой ионного источника составляло 130 кВ. В квазинепрерывном режиме длительность рабочих периодов была 5—150 мкс и ограничивалась емкостью высоковольтного источника питс-ния и перегревом фольги. В режиме коротких импульсов длительностью 2—5 мкс каждую из 17 анодных проволок подсоединяли через отдельный конденсатор емкостью 0,01 мкФ, заряженный до 2 кВ, и коммутировали одним общим тиратроном
При повышении давления газа катодный ток BTP /к и его отношение к анодному току вспомогательного разряда увеличиваются. Это, вероятно, связано в основном с возрастанием роли процесса перезарядки ионов в ускоряющем промежутке. При постоянном давлении приблизительно выполняется соотношение Ik U^2Id2.
На рис: 3.38 представлена полученная при U = 110 кВ в квазинепрерывном и импульсном режимах зависимость плотности тока BTP от тока, приходящегося на единицу длины анодной проволоки, а также осциллограммы обоих токов в импульсном режиме. Как видно, ток BTP в очень широком диапазоне примерно равен току вспомогательного разряда. Значительно большее время спада тока BTP по сравнению с анодным током, наблюдавшееся также в [27], объясняется в [68] действием ионов, образующихся в результате ионизации газа электронами ПБС.
Максимальный импульсный ток BTP составлял 320 А при токе вспомогательного разряда 300 А. Таким образом, максимальная плотность тока достигала 2 А/см2, а плотности токов ионной и электронной компонент с учетом 7 = 10-М4 [67] и допущения незначительного влияния на ток BTP процесса перезарядки и плазменных электронов составляют 0,13—0,2 и 1,8—1,83 А/см2 соответственно. При этом плотность ионной компоненты в 1,5—2 раза превышает плотность тока, рассчитанную поза-кону степени 3/2 для вакуумного диода, а ток электронной компоненты оказывается существенно меньше значения (5,8 А/см"), рассчитанного по тому же закону для электронов. Большее значение ионного тока, оцененного по экспериментальным данным, по сравнению с расчетным током, ограниченным пространственным зарядом в вакууме, объясняется влиянием перезарядки ионов и увеличением первеанса ускоряющего промежутка благодаря частичной компенсации объемного заряда ионов электронами. Тот факт, что электронный ток BTP меньше тока, ограниченного пространственным зарядом, свидетельствует о возможности увеличения тока ПБС при увеличении тока электронной эмиссии катода.
На рис. 3.37 (кривая из работы [68]) представлено распределение плотности тока ПБС, полученное в режиме с длительностью рабочего периода 8 мкс с помощью подвижного цилиндра Фарадея, расположенного за
71
фольгой. Для получения каждой экспериментальной точки брали отдельный импульс тока. Плотность тока на цилиндр Фарадея составляла около 15 % плотности катодного тока ВТР.
Полученные результаты позволяли [68] сделать вывод о возможности использования примененной схемы ПИЭЛ со вспомогательным разрядом с проволочным анодом для получения ПБС с энергией 400 кэВ и плотностью тока до 10 А/см2.
В ряде ПИЭЛ на основе несамостоятельного BTP в разрядных камерах вспомогательного разряда использовано сочетание основных элементов (нитевидного прямонакального термокатода, холодного полого катода, проволочного анода). В ПИЭЛ [70] прианодная плазма генерируется в электродной системе, обеспечивающей свойства разряда с полым катодом [33] и свойства разряда с проволочным анодом [68] (рис. 3.34,d). Катодом вспомогательной разрядной камеры этого ПИЭЛ служит полый цилиндр, разделенный на секции металлическими дисками с осевым отверстием в каждом. Вдоль оси цилиндра через отверстия в катодных дисках протянут тонкий провод, служащий анодом. Катодные диски создают осевую компоненту электрического поля, благодаря чему повышается эффективность улавливания низкоэнергетичных электронов в катодной полости. К особенностям разрядной камеры относится возможность управления распределением плотности плазмы путем регулировки распределения потенциала вдоль анодного провода. Такая регулировка обеспечивается соответствующим подключением секций провода к источникам питания через отдельные пассивные элементы.
