Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Исследование газовыделения в ПИЭЛ с ВЭЭ позволило установить следующее [109]: 1) рост давления в источнике обусловлен десорбцией газа с поверхности электродов с эффективностью у « 2—3 молекулы на электрон; 2) скорость движения фронта газа (3,5-Нэ) -104 см/с;
3) при увеличении давления до некоторого предельного значения ркр в ускоряющем промежутке электронного источника зажигается низковольтный разряд и генерация электронного пучка прекращается; ркр & « (4 -г 6,5)) -IO"2 Па.
Полученные значения ркр близки к давлению остаточного газа, при котором в ускоряющем промежутке других типов ПИЭЛ [2] зажигается низковольтный разряд. Ограничение количества газа, поступающего в ускоряющий промежуток с электронного источника, позволило увеличить длительность импульса тока до значения 10” 1C, определяемого разрядом конденсаторов ГИН [109].
4.5. КОНСТРУКЦИИ И СХЕМЫ ПИТАНИЯ ПИЭЛ CO ВЗРЫВНОЙ ЭМИССИЕЙ ЭЛЕКТРОНОВ
Ленточные ПБС чаще всего используют для создания объемных разрядов в газовых лазерах при инжекции электронного пучка сквозь металлическую фольгу в газ. Это обстоятельство определяет основные требования, которые предъявляются к таким ПИЭЛ. В результате многочисленных экспериментов [110, 111] были уточнены параметры электронных пучков, при которых ПИЭЛ могут наиболее эффективно применяться в лазерной технике,
Для лазеров, работающих в квазистационарных режимах на молекулах CO2, необходимы ПБС с плотностью тока / ~ 10~3 А/см2, длительностью импульсов тока ти ~ 10“4 — 10“3 си энергией электронов 0,3-0,5 МэВ. При этом желательна частота повторения импульсов 50—300 Гц для того, чтобы получить необходимую для технологических лазеров среднюю мощность светового излучения 103 —104 Вт.
Для лазеров на эксимерных молекулах предпочтительнее ПБС с короткой длительностью импульсов ти ~ 10”8 — 10“6, с большими плотностями тока / ~ 10—50 А/см2 и энергией частиц 0,3-0,5 МэВ. Для достижения необходимой средней мощности нужна частота повторения 10—100Гц. Добавим, что в обоих случаях требуется, чтобы пространственная неоднородность плотности тока пучка была не выше ± 10%.
Для третьей группы лазеров, называемых обычно предыонизацион-ными разрядными лазерами с электронным пучком (например, HgBr), необходимы пучки с плотностью тока у ~ 1 мА/см2 — 1 А/см2 при длительности импульсов 0,1-0,5 мкс. Для этого типа также требуется пространственная неоднородность пучка Aj Ij не больше ± 10%.
Характерные области параметров для всех’ трех групп лазеров нанесены в координатах плотность тока / — длительность импульсов г на диаграмме [116], приведенной на рис. 4.13. На этой диаграмме отражены
10 і
s
сГ
0
1 $
3
?
з
«5?
10і
10
10
-1
юг
".Газоразрядные лазеры И К-диапазона,управ-^i ляемые электрон ным пучком
Пробой, диода с холод* ным катодом
Лазеры УФ-и видимого диапазона с предыонизацией, электронным пучком
Нагрев фольги одиночным импульсом
Частотный, нагрев ’ фольги.
Лазеры УФ-и видимого диапазона с прямой, накачкой, электронным пучком
Холодный, катод------------
Металла-пористый, катод-Чистый вольфрам—
л
10
10'
г*
_L
-J-
-J-
JL
W
W
10 1 IO1
Плотность тока, А/см2 Рис. 4.13. Диаграмма параметров накачки нескольких типов лазеров и технических возможностей различных эмиттеров
93
а)
Ю
Рис. 4.14. Влияние магнитного поля на вклад энергии в лазерную среду: без магнитного поля (а), с магнитным полем B = 8 * 1СГ1 Тл (б) : 3/7 — электронный пучок; Ф — фольга; КЭ — коллектор электронов; ПК — линии концентрации электронов
1ЕҐТЯ
Рис. 4.15. Зависимость скорости формирования пробоя vK в диоде со взрывоэмиссионным катодом от индукции магнитного поля:
• — плоский катод из графитового войлока; О — катод из профилированного графитового войлока; о — катод из танталовых полос
также возможности различных типов применяемых в электронных источниках катодов (холодных и накаливаемых). Прямые линии на диаграмме отражают технические ограничения, накладываемые окнами для выпуска электронного пучка в лазерную кювету. Это определяется нагревом фольги под действием одиночных импульсов и в частотном режиме. Отдельная линия ограничивает область длительностей импульсов, достигнутых в практических конструкциях пушек с катодами на основе взрывной эмиссии.
В последние годы показана эффективность влияния внешнего магнитного поля на однородность выделения энергии в лазерной среде (рис. 4.14) . Поле помогает вывести электронный пучок только в активную область лазерного резонатора, что одновременно увеличивает КПД лазерной среды. Чтобы избежать пинчевания пучка, необходимо использовать внешнее поле, в несколько раз превосходящее собственное магнитное поле пучка. Кроме того, ларморовский радиус электронов должен быть много меньше размера лазерного резонатора. Этот критерий требует магнитных полей (1-Н5)с 1(Г 1 Тл. Однако внешнее магнитное поле приводит к увеличению скорости формирования пробоя в диодах с взрывоэмиссионными катодами (рис. 4.15). Катоды из графитового войлока дают более слабое увеличение скорости пробоя с ростом магнитного поля.