Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Серьезным ограничением при повышении частоты следования импульсов является нагревание фольги электронным пучком. Этот процесс существенно зависит от длительности подъема и спада ускоряющего напряжения, поскольку максимальный вклад в нагрев дают электроны низкой энергии. Для борьбы с этим эффектом применяют параллельную цепь пикового напряжения, которая во время нарастания напряжения дает импульс удвоенной амплитуды [87], что приводит к укорочению фронта импульса.
99
2 3 4 5
Рис. 4.24. Схема генератора с импульсным трансформатором [89] :
1 — источник зарядного напряжения; 2 — зарядный дроссель; 3 — формирующая линия; 4 — импульсный трансформатор; 5 — обостритель; 6 — ПИЭЛ;
7 — коммутатор; 8 — пусковое устройство
Под действием бомбардировки электронным пучком фольги, опорной структуры и фокусирующих электродов выделяется значительное количество десорбируемого газа, причем возможны электронно-стимулированная и тепловая десорбция. Исследования [109] показали, что в этих условиях доминирует первый вид десорбции и газовыделение может достигать трех молекул на электрон. Поскольку рабочее давление частотного ПИЭЛ находится в диапазоне 6,5*10~2 — 6,5*10“3 Па, время образования одного монослоя газа составляет 10“3 с. Серьезной трудностью частот* ного режима является необходимость постоянной высокой скорости откачки для удаления газа из ускоряющего промежутка. Как показано в [87], под действием бомбардировки электронным пучком средней мощностью 8 кВт с поперечным сечением 375 см2 и плотностью тока 50 мА/см2 с фольги и подложки выделяется в 1 с 4-Ю20 молекул. При этом давление в объеме составляет 6,5*10”2 Па при скорости откачки 1400л/с.
Для питания ПИЭЛ, работающих в частотном режиме, часто используют генераторы высоковольтных, импульсов с повышающими трансформаторами [89] (рис. 4.24). Эти устройства с формирующим элементом в первичной цепи разработаны для отдельных диапазонов импеданса, длительностей импульсов и выходных напряжений, поскольку используются в радиолокации для модуляции импульсов мощных клистронов. Существенным ограничением такой схемы является высокая индуктивность рассеяния высоковольтного импульсного трансформатора. Для ^вых = 300 кВ Lp % 1—2 мкГн, что ограничивает минимальную длительность
импульсов, которые могут быть получены в этой схеме.
ПИЭЛ с генератором высоковольтных импульсов, импульсный трансформатор (ИТ) которого совмещен с промежуточным накопителем энергии в виде коаксиальной формирующей линии, соединенной со вторичной обмоткой, описан в [86]. В этом источнике (рис. 4.25, а) конденсатор C1 заряжается от управляемого выпрямителя до напряжения U= 200-К350 В. После срабатывания тиристоров /C1 через ИТ(6) начинается зарядка формирующей линии ФЛ (7) через конденсатор C2. Спустя 35-10”6 с напряжение на C2 достигает максимума, что приводит к пробою разрядника K2, в результате чего напряжение ФЛ подается на катод. В конструкции (рис. 4.25, б) имеются три замкнутых объема: 1 — объем ИТ и ФЛ, заполненный трансформаторным маслом; 2 — объем газового разрядника K2, заполненный азотом, сжатым до 100105 Па; 3 — вакуумный объем электронной пушки. Эти объемы разделены проходными изоляторами 4 и 5.
В объеме 1 размещены первичная и вторичная обмотки ИТ, коаксиль-ный разомкнутый магнитопровод 8 ИТ, который одновременно является частью проводников формирующей линии. Питание ИТ осуществляется *ерез систему проходных изоляторов 9. С целью уменьшения паразитной индуктивности первичного контура ИТ накопительные конденсаторы C1 . тиристоры K1 размещены в непосредственной близости от первичной
100
Рис. 4.25. Электрическая схема питания ПИЭЛ (а) и конструкционная схема ПИЭЛ (б) [86]
обмотки ИТ на корпусе 10. В объеме 2 размещены электроды разрядника 11, включающего промежуточный накопитель на нагрузку. Через проходной изолятор 5 по катододержателю 12 напряжение с ФЛ передается на катод 13. Электроны выводятся через окно 14.
При ускоряющем напряжении 400 кВ, токе 8 кА > пьности им-
пульса 25 не средняя мощность пучка составляет 5,5 кВт Частота повто-рения импульсов 100 Гц, размер пучка на выходе 10x100 см.
Другие примеры реализации частотных источников электронов описаны в [99, 119]. В первом случае для получения ПБС площадью 200 см2, током 6кА, энергией частиц 250 кэВ и длительностью импульса 30 не при частоте 100Гц используется трансформатор Тесла с промежуточным накопителем. Во втором случае высоковольтный тиратрон (250 кВ, 20 кА) используется для коммутации двойной искусственной формирующей линии, заряжаемой от источника постоянного напряжения.
Диапазон значений рабочей плотности тока в ПИЭЛ со взрывной эмиссией удается расширить, применяя управляющие сетки. Как известно, минимальная плотность тока, которая может быть реализована в таких источниках, ограничена условиями возбуждения взрывной эмиссии. Для металлов t3 ~ 10“9 с, если Ecp ~ 107 В/см. Это определяет минимальную плотность тока. Для рабочих напряжений 300—500 кВ /мин^ 0,5—1 А/см2. Однако /мин можно снизить, если управляющую сетку, расположенную между катодом и анодом, включить по схеме рис. 4.26, а. Вследствие падения напряжения на резисторе Rc из-за оседания электронов на сетке