Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
В разрядной камере ПИЭЛ, предназначенного для возбуждения электро-ионизационных газовых лазеров и плазмохимических реакторов [28] (см. рис. 3.34,е), использовано сочетание термоэлектронного эмиттера в виде двух вольфрамовых нитей, холодного полого катода и двух проволочных анодов, параллельных термокатодам. Большая часть электронов, эмиттируемых термокатодами и ускоряемых в катодном падении потенциала, пролетают мимо анодов и отражаются стенками катодной полости. Количество ионизаций, производимых одним элетроном прежде, чем он попадает на анод, зависит от разрядного напряжения и при U9 = = 150 В составляет в среднем около двух. ПИЭЛ работал на гелии при давлении 2 Па в импульсном режиме, который обеспечивался импульсным вспомогательным разрядом при постоянном ускоряющем напряжении 150 кВ. При токе вспомогательного разряда 200 А был получен ПБС с током 28,5 А сечением 50 х 6 см. Продольное распределение по сечению ПБС плотности тока, прошедшего через фольгу, представлено на рис. 3.37 (из работы [28]).
В рассмотренных ПИЭЛ (см. рис. 3.34) для создания анодной плазмы используются разряды типа тлеющего или с накаленным катодом. Возможности ПИЭЛ на основе несамостоятельного BTP можно расширить, применив в генераторах анодной плазмы дуговые разряды с катодным пятном на холодном электроде. В разд. 3.3 показано, что однородная объемная плазма значительной плотности при низком давлении формируется в дуговом контрагированном разряде с расширенной анодной частью. Такая плазма используется в качестве анодной плазмы в ПИЭП с несамостоятельным ВТР, разработанном в ИСЭ CO АН СССР (рис. 3.39). На боковой поверхности цилиндрической камеры 7 вспомогательного разряда расположены две дуговые камеры 6, отличающиеся от приведенных на рис. 3.18 расположением и формой анодов 8. На верхнем торце камеры 7 установлен перфорированный или сетчатый электрод 4, задаю-72
Рис. 3.40. Осциллограммы тока ПБС (/) и тока дугового разряда (2) при P = 0,5 Па (He), 6/=150 кВ
10
/п,А
О
100
О
5
Рис. 3.39. Электронный источник с несамостоятельным BTP и вспомогательным дуговым разрядом
щий положение и форму эмиттирующей ионы плазменной поверхности и экранирующий плазму от поля ускоряющего промежутка. На нижнем торце расположено установленное на опорной решетке 5 фольговое окно, через которое ПБС выводится в атмосферу. В центре камеры высоковольтного разряда 3 на изоляторе 1, рассчитанном на максимальное постоянное напряжение 150 кВ, закреплен алюминиевый катод 2, который находится при работе ПИЭЛ под постоянным отрицательным потенциалом. Для импульсного возбуждения дугового разряда применялись искусственные формирующие линии. В качестве рабочего газа использовались гелий, азот и аргон. Рабочее давление составляло от 0,2 Па для аргона до
4 Па для гелия.
При общем токе дуговых камер 600 А и длительности импульса разрядного тока 10 мкс получен электронный пучок с сечением 80 см2 и током до 40 А. Как и в [27, 68], для импульса тока ПБС характерно существование значительного времени спада (рис. 3.40), зависящего от давления и вида газа. Повышение плотности электронного тока свыше
0,5 А/см2 в условиях эксперимента ограничивалось пропускной способностью высоковольтного промежутка длиной 5 см для ионного потока, извлекаемого из плазмы дуговых разрядов с расширенной анодной частью.
Характер распыления катода BTP ионами позволяет заключить, что эмиттирующие участки поверхности катода, соответствующие отверстиям в перфорированном электроде 4 (см. рис. 3.39), на порядок меньше площади этих отверстий. Это можно объяснить фокусировкой ионов неоднородным электрическим полем, провисающим в отверстия экранирующего электрода. Фокусировка отдельных ионных пучков и соответствующее уменьшение эмиттирующей поверхности катода приводят к тому, что потери ускоренного электронного пучка на экранирующем электроде практически отсутствуют. Поскольку расширение элемен-
73
тарных электронных пучков при прохождении в плазме вспомогательного разряда незначительно, сочетая отверстия опорной решетки с отверстиями перфорированного экранирующего электрода, можно свести к минимуму потери пучка и на опорной решетке.
В рассматриваемом ПИЭЛ герметизированные дуговые камеры вспомогательного разряда сообщаются с большой анодной полостью через малые отверстия, что обеспечивает между этими частями разряда значительный перепад давления (от 1 до 10”2 Па). Это создает благоприятные условия для повышения газовой экономичности ПИЭЛ за счет сорбции газа холодными электродами дуговой камеры в промежутках между рабочими импульсами и десорбции его за время горения разряда [73]. Повышение давления газа в катодной части вспомогательного разряда при быстрой десорбции может превосходить давление, определяемое постоянным напуском, что позволяет уменьшить напуск и, как следствие, повысить электрическую прочность высоковольтного промежутка.
Для создания прианодной плазмы несамостоятельных BTP кроме низковольтных газовых разрядов можно использовать другие способы ионизации газа. В частности, на основе многоапертурного ПИЭЛ с самостоятельным BTP [ 62] был разработан ПИЭЛ с несамостоятельным ВТР, в котором анодная плазма создается ионизацией газа двумя вспомогательными встречными электронными пучками малого сечения, генерируемыми самостоятельными BTP и распространяющимися перпендикулярно к ПБС [71]. Расстояние между электродами ПИЭЛ и давление рабочего газа (воздуха) выбирали такими, что разряд в основном промежутке между катодом и многоапертурным анодом, имеющим 64 отверстия, возникает лишь после зажигания самостоятельных ВТР. Такой ПИЭЛ при постоянном напряжении 140 кВ обеспечивает ПБС с плотностью тока за фольгой до 0,2 мА/см .
