Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 1.7* Зависимость плотности тока в различных источниках ПБС от длительности импульса
шенствованием параметров соответствующих электронных источников.Одна-ко разные принципы действия электронных эмиттеров трех основных типов обусловливают не только конструкционные особенности электронных источников и связанные с ними различия общетехнических характеристик, таких, как надежность, ресурс, энергетическая эффективность и т.д., но и физические параметры (плотность тока, равномерность ее распределения, временная стабильность и др.).
На рис. 1.7 на плоскости / — г (плотность тока — длительность импульса) нанесены точки, соответствующие электронным источникам различных типов и разным режимам одних и тех же источников. Крайние точки справа относятся к источникам, работающим в непрерывном режиме. Видно, что области параметров, обеспечиваемых электронными источниками различных типов, в значительной степени перекрываются. Площадь поперечного сечения большинства ПБС находится в пределах 102—103 см2, тогда как плотность тока охватывает диапазон от 10“4 до 102 А/см2. Поэтому более высокой плотности тока, как правило, соответствует и больший ток ПБС. Пучки с более высокой плотностью тока (и большим током) имеют меньшую длительность.
Максимальную плотность тока (/> 1 —10 А/см2) обеспечивают электронные источники со взрывной электронной эмиссией. В таких источниках т ограничивается нарушением электрической прочности ускоряющего промежутка вследствие его закорачивания плазмой катодного и анодного факелов, составляя обычно 10“8 — 10” 7 си достигая в отдельных случаях 10"7 — 10"6 с. ПБС с меньшей плотностью тока (/ % 0,01—1 А/см2) формируются в плазменных источниках электронов на основе высоковольтного тлеющего разряда и эмиссии электронов из плазмы низковольтных разрядов. Длительность импульса ПБС в них при значительной плотности тока также нередко ограничивается зажиганием в ускоряющем промежутке низковольтной дуги, достигая тем не менее 10“5 — 10“4 с. Снижение плотности тока ПБС позволяет повысить длительность протекания тока, которая, однако, начинает ограничиваться термической стойкостью фольги. Этот же фактор ограничивает частоту повторения импульсов тока. Электронные источники ПБС с термокатодами предназначены в основном для работы в непрерывном режиме и на импульсах значительной длительности (см. рис. 1.7), что обусловлено ограниченной эмиссионной способностью термокатодов.
Ускоряющие напряжения, используемые в источниках ПБС, определяются применением ПБС и, как правило, находятся в пределах 120—200 кВ, достигая в отдельных случаях 300 кВ.
От вида применяемого эмиттера в определенной степени зависят равномерность распределения плотности тока ПБС и те трудности, которые приходится преодолевать для ее достижения. Использование термоэлектронного эмиттера в виде набора небольшого числа довольно протяженных прямонакальных нитей требует применения специальных мер для предотвращения их провисания, использования фокусирующих прикатодных
17
Jf А/см1 IO2 W1 W0
ю
Ю'г
IO'3 10Г*
10* Ж'WeIO1 IO1IO1IOiT,мкс
т*— с > - термокатод -< - газобш разряд * ~ бзрыбная эмиссия
дх -х— д J > ? iX
о
< д X і ''X1 к (
*1 о і
и I X
электродов (нередко по числу катодов) и тщательного расчета электрод-ной оптики для перекрытия отдельных пучков и уменьшения расхоДІ• уюсти ПБС. В газоразрядных электронных источниках эмиссия электр^' нов происходит из объемной плазмы, ограниченной мелкоструктурной сеткой, или из однородного холодного металлического катода в результате бомбардировки его высокоэнергетичными ионами и нейтралам#. В этих случаях уменьшаются трудности, связанные с дискретностью эми® сионной структуры. Равномерность эмиссии зависит от однородности плаі мы, эмиттирующей электроны (плазменный эмиттер) или ионы (ионнщ-электронный эмиттер на основе высоковольтного тлеющего разряда). 0# нако создание однородной плазмы является специфичной физико-техн# ческой задачей, конкретные пути решения которой зависят, в частностщ от типа применяемого разряда (см. гл.З). Для обоих типов электроннщ источников — термокатодных и газоразрядных — характерно отсутствий мелкомасштабных неоднородностей и в ряде случаев достигнуто распредй ление плотности тока с неоднородностью не хуже ± 5% на площади порядка 103 см2. ]
В электронных источниках с взрывной эмиссией электронов эмитти*! руют отдельные металлические острия, или лезвия, соответствующим; образом расположенные на эмиттирующей поверхности катода. Обычно, в связи с дискретностью эмиссионной структуры, неоднородностью эмит-тирующих центров и малой длиной ускоряющего промежутка, не обеспе-j чивающей равномерное заполнение плазмой отдельных катодных факелові всей прикатодной части этого промежутка, в ПБС имеются значительные, мелкомасштабные неоднородности.
В отношении временной стабильности для значений времени менее длительности импульсов наибольшей стабильностью отличаются ПБС, генерируемые электронными источниками с термокатодами. Ток ПБС газоразрядных электронных источников может изменяться во время импульса вследствие особенностей развития соответствующего разряда, а также иметь высокочастотную модуляцию, обусловленную колебаниями плотности плазмы в разряде и неустойчивостью эмиттирующей поверхности. Однако несмотря на эти неблагоприятные факторы нестабильность тока ПБС при определенных условиях может быть не более 1 %. В электронных источниках на основе взрывной эмиссии наряду с вышеуказанными нестабильностями в течение всего импульса происходит нарастание тока ПБС, связанное с движением эмиссионной границы и изменением полного сопротивления диода. С помощью специальных мер (см. разд. 4.4) удается зафиксировать положение эмиссионной поверхности и в электронных источниках, генерирующих ПБС с длительностью импульса в микро-секундном диапазоне, уменьшить нарастание тока до 3—6 %.
