Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
В диоде этого ПИЭЛ электронный ток возникает через 0,1 мкс после приложения напряжения; через 0,2 мкс ток с лезвия достигает 2 кА. После этого ток медленно нарастает за время 7 мкс до 9 кА. Неоднородность пучка составляет 15%. Фотографированием катода установлено, что в первые 0,3 мкс эмиссия происходит лишь с 10—20 центров. Существенное нарастание тока в течение всего импульса объясняется тем, что в данной геометрии разлет плазмы катодных факелов дает существенный прирост первеанса диода.
ГИН Аркадьева—Маркса был использован для питания электронного источника также и в работе [117]. Отличительной чертой данной системы является использование совместно с ГИН дополнительной формирующей схемы на LC-контурах, которая позволяет получить прямоугольный импульс напряжения амплитудой 250 кВ, длительностью 250 не на нагрузке с импедансом 50 Ом.
Большинство лазеров высокого давления первоначально накачивались в поперечной геометрии пучками релятивистских электронов (см. рис. 4.18). Позднее была показана целесообразность использования для возбуждения эксимерных лазеров коаксиального диодного источника (рис. 4.22). При этом достигается интенсивная и однородная накачка газовых лазеров и улучшаются оптические характеристики светового пучка. B [118] такой источник представляет собой цилиндрический коаксиаль ныи диод с межэлектродным зазором 2,5 см, питаем?^ от малоиндуктивного гене-
97
Рис. 4.21. Конструкция газового лазера с двухпучковым электронным источником:
1 — вакуумный изолятор; 2 — катододержатель; 3 — эмиттер из фольги;
4 — выходное окно; 5 — электрод кюветы; 6 — ввод напряжения; 7 — лазерная кювета
ратора Аркадьева—Маркса. ГИН состоит из 5 каскадов и позволяет получать импульс амплитудой 250 кВ и длительностью 0,8 мкс. Емкость разрядной цепи ГИН 24 нФ, индуктивность 0,5 мкГн. В качестве катодов использованы ленты из титановой фольги, угольных волокон или графитового войлока, которые устанавливались с внутренней стороны алюминиевого цилиндра длиной 55 см и внутренним диаметром 8,9 см. Катоды из титановой фольги толщиной 25 мкм имели высоту 6 мм и длину
50 см. Анод 7 в виде полого цилиндра длиной 100 см сваривали из титановой фольги толщиной 25 мкм.
Коаксиальный диод оказался весьма эффективным для накачки лазеров, требующих большой плотности тока пучка. В [113] для этих целей использован ПИЭЛ с E = 1 МэВ, / = 200 кА, і % 130—260 А/см2, 7И - 20 не,В этих условиях коаксиальный диод имеет преимущество перед плоским: в сильных электрических полях, необходимых для получения большого тока, пучок существенно неоднороден из-за дискретности эмиссионных центров на поверхности катода; при радиальной инжекции эта неоднородность компенсируется.
При создании ПИЭЛ с большой средней мощностью, работающих с частотой повторения импульсов 50—100 Гц, необходимо решить ряд задач: увеличить ресурс
Рис. 4.22. Схема коаксиального источника электронов:
1 — фольговый анод; 2 — вакуумная камера; 3 — газовая смесь; 4 — лезвийные катоды; 5 — генератор импульсов напряжения
98
Рис. 4.23. Схема электронного источника с фокусирующими электродами [89] :
а: 1 — вакуумная камера; 2 — изолятор; 3 — катод; 4 — фокусирующие электроды; 5 — крепление электродов; 6 — цепь электрического смещения;
7 — высоковольтный конденсатор; 8 — импульсный трансформатор, б: распределение плотности тока по сечению пучка за выходным окном; 1 — без фокусирующих электродов; 2-е фокусирующими электродами; 3 — апертура выходного окна
работы катода, уменьшить потери пучка в фольге и опорной решетке, обеспечить вакуум в диоде в рабочем диапазоне. Кроме того, необходимо иметь полную информацию о характерном времени деионизации, т.е. восстановлении изоляционных свойств ускоряющего промежутка.
Испытания лезвийных катодов из танталовой фольги толщиной 7,6 мкм показали [89], что катод длиной 25 см, с которого отбирали ток 12 А длительностью 10 мкс при напряжении 255 кВ, в состоянии работать с частотой до 1000 Гц. При этом высота лезвия уменьшалась на 1 мм после приложения 2-Ю7 имп.
Потери электронного пучка на опорной структуре минимальны при нормальном падении электронов, так как в этом случае они определяются проницаемостью фольги и оптической прозрачностью подложки. Такую ситуацию удается реализовать в ПИЭЛ с ВЭЭ, используя фокусирующие электроды (рис. 4.23) [89]. При этом существенно уменьшается расходимость электронного потока и достигается его однородность. Источник применяли для получения пучка размером 15x200 см при плотности тока 0,5 А/см , длительности импульса 3 мкс, энергии электронов 250 кэВ. Катод источника в виде лезвия из танталовой фольги укреплен на цилиндре из нержавеющей стали диаметром 8 см. Фокусирующие электроды выполнены в виде'цилиндров и укреплены на отдельном изоляторе, Специфика этой схемы состоит в том, что в момент возбуждения взрывной эмиссии, соответствующий приходу фронта импульса напряжения на катод, фокусирующий электрод находится под потенциалом ,,земли". Вследствие этого напряженность поля на катоде в этот момент максимальна, что способствует образованию большого числа эмиссионных центров. После возникновения плазмы на катоде растет ток, и электроны начинают оседать на фокусирующей электрод, что приводит к изменению потенциала на нем вследствие протекания тока через сеточный резистор Rc, сопротивление которого подбирают таким образом, чтобы падение напряжения на нем соответствовало потенциалу, требуемому из условий фокусировки. Рис. 4.23, б иллюстрирует распределение плотности тока за фольгой для такой пушки при применении фокусирующего электрода и без него. Даже при использовании одного эмиттирующего лезвия фокусирующие электроды позволяют получить неоднородность пучка не хуже ± 10%.
