Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Рассматривая схемы электронных источников, применяемых в квантовой электронике, можно выделить три типа конструкций: диодная, триод-ная и тетродная. Диодный источник наиболее целесообразно использовать, когда необходимы высокая плотность тока и низкий импеданс. В этом случае в качестве источника энергии используют низкоомную формирующую линию или генератор Аркадьева—Маркса. Схема электродов такого источника приведена на рис. 4.16, а
Ниже описываются конструкции источников, которые имеют триодную схему, показанную на рис. 4.16, б. Применение этой схемы оправдано, когда эквивалентное сопротивление диода достаточно высоко (102 Ом), а 94
Рис. 4.16. Электродные системы ПИЭЛ:
а — диод; б — триод; в — тетрод {к — катод; а — анод; C1 — первая сетка;
C2 — вторая сетка)
плотность тока мала (порядка 1СГ3 А/см2). Достоинствами этой схемы являются облегчение равномерного поджига всей поверхности катода и возможность регулировки импеданса источника. К недостаткам следует отнести сложность цепей синхронизации и снижение электрической прочности ускоряющего промежутка. Тетродная схема (рис. 4.16, в) позволяет в широком диапазоне регулировать импеданс источника электронов и управлять пучком вплоть до его запирания (недостатки те же, что и в триодной схеме).
ПИЭЛ с большой площадью эмиссионной поверхности на базе взрывной эмиссии впервые был создан в 1968 г. на основе плазменного катода со скользящим разрядом в вакууме [90] . Появление электроионизацион-ных газовых лазеров существенно стимулировало развитие этих источников (рис. 4.17) [112,113].
ПИЭЛ микросекундного диапазона [114, 115] показан на рис. 4.18. Катодный узел, состоящий из гребенчатого многоострийного катода, совместно с охранным кольцом 2 монтируется на катододержателе 4. Он помещен в вакуумную камеру 1, имеющую устройство для вывода пучка, содержащее фольгу или тонкую полимерную пленку 13, укрепленную вакуумно-плотно на опорной структуре 12. В камере с помощью паромасляного насоса поддерживается вакуум 1,33-10"3 Па. Проходной изолятор 7 представляет собой цилиндрическую конструкцию, состоящую из чередующихся полиэтиленовых 6 и металлических колец 5 с шипами, которые вдавливаются в полиэтилен, обеспечивая герметизацию внутренней полости изолятора. Внешняя сторона изолятора находится в камере под давлением 106 Па. Перепад давления приводит к сжатию колец и обеспечивает их фиксацию и уплотнение. Импульс напряжения подается на
Рис. 4.17. Структурная схема источника электронов
95
17 16 15 /4 13 12
Рис. 4.18. Общий вид электронного источника и основных узлов лазера [114, 115]
вакуумный ввод через проходной изолятор 8 (атмосфера воздуха — сжатый газ), который состоит из вкладыша 9, изолирующей оболочки 10 и ввода 11. Газовая кювета лазера 15 объемом 4500 л выполнена из стали, для предотвращен м коронирования ее внутренняя поверхность футерована стеклопластиком *7, Анод 16 газовой кюветы выполнен из дюралюминия. Для защиты от зникновения газового разряда на фольгу или пленку вакуумного окна служит сетка 14.
Электронная пушка обеспечивает пучок электронов сечением 30x300 см с плотностью тока 0,4 А/см2 и неоднородностью не выше ± 15%. Длительность импульса электронного тока 1—3 мкс. Изменение импеданса ПИЭЛ в течение импульса иллюстрируется рис. 4.19. Диод электронной пушки питается от генератора импульсного напряжения, собранного по схеме Аркадьева—Маркса с емкостью в ударе 0,67 мкФ и выходным напряжением 500 кВ. Электрическая схема источника приведена на рис. 4.20. ГИН, собранный на шести конденсаторах марки И К 100-0,4, помещен вместе с трехэлектродными разрядниками и зарядными сопротивлениями в корпус из оргстекла. ГИН запускается от схемы запуска СЗ, формирующей импульс отрицательной полярности напряжением 20—25 кВ, необходимый для срабатывания многозазорного разрядника. Срабатывание этого разрядника приводит к распространению по кабелю K2 волны отрицательной полярности. Приход волны на противоположный конец кабеля K2 вызывает изменив полярности напряжения на средних электродах трехэлектродных разрядников Р. Это приводит к пробою разрядников и появлению напряжения на ПИЭЛ. Точность включения ГИН относительно пускового сигнала не хуже 50 не.
Рис. 4.19. Изменение импеданса ПИЭЛ в течение импульса
96
Конструкция лазерной системы на 2,5 кДж, в которой применяется двухпучковый ПИЭЛ на ВЭЭ, показана на рис. 4.21. Пучки создаются с помощью двухстороннего лезвийного катода 3, укрепленного на алюминиевой пластине размером 25x200см. Танталовые полосы толщиной 7,6 мкм выступают на 2,7 см над поверхностью катодной пластины. Катод расположен в прямоугольной вакуумной камере и подвешен с помощью катододержателя к вакуумному изолятору /. Электроны сквозь окно размером 35x200см попадают в лазерные кюветы 7, где возникает объемный разряд между электродом 5 и защитной сеткой окна 4.
Источником импульсного напряжения являетбя 4-ступенчатый генератор Аркадьева—Маркса с выходным напряжением 320 кВ, фронтом импульса 50 не и ударной емкостью 1,25 мкФ. Напряжение от ГИН к ПИЭЛ подводится с помощью высоковольтного кабеля с R --- 50 Ом.
