Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Иепосредств. источником электронного С. п. обычио является высоковольтный диод, работающий в режиме ограничения тока пространственным зарядом. Длительность импульса определяется временем перекрытия диодного промежутка приэлектродной плазмой. Плотность однородного тока эмиссии в плоском зазоре шириной d даётся законом «трёх вторых», / х »5 -IO-aT0(у0 — l)s/t<f-a, где (Vo — 1) — анодное напряжение (в единицах тс2/е). При повышении анодного напряжения сверх значения Vo — * ~ d/R, где R — радиус катода, одномерность нарушается и диод переходит в режим сильного сжатия потока собств. магн. полем пинча (см. Пинч-эффект). Эффективно эмиттиру-ет тогда только кольцевая периферия, часть, а С. п. собирается на аноде вблизи оси в области с размером ~d. На осн. части диода линии тока С. п. лежат иа искажённых пространственным зарядом эквипотеиц. поверхностях, поэтому такой поток получил назв. парапо-теициального. Макс. ток С. п. в паропотеиц. режиме равен (IaR/2d)(y0 — 1)агсЬу0.
Для вывода С. п. из диода либо используется прозрачный для электронов фольговый аиод, либо коаксиальный диод помещается в продольное магн. поле. Электронный парапотеиц. поток трубчатой конфигурации движется* в коаксиальном диоде вдоль цилиндрич. эквипотенц. поверхностей и ие пересекает зазор в радиальном направлении (т. н. маги, изоляция). Достаточный для изоляции магн. поток через диод равен (тс2/е)(у0 — I)^*. Ток, отдаваемый коаксиальным диодом с маги, изоляцией, определяется пропускной способностью канала транспортировки, а длительность импульса — временем перекрытия зазора приэлектродной плазмой поперён изолирующего магн. поля. Наилучшие результаты по длительности и устойчивости работы диода получены в неоднородном сходящемся маги, поле.
Распространение С. п. в вакууме возможно в продольном магн. поле, заметно превышающем (тс2/еа)(у\— I) где а — радиус С. п., ио даже в бесконечно большом поле ток не может превышать величину —
— 1)в/*/21п(Ь/а), где Ъ — радиус камеры дрейфа. Ограничение обусловлено повышением электростатич. потенциала в объёме пучка за счёт его пространственного заряда и слабее всего сказывается в случае трубчатого пучка. Приведённая энергия частиц в С. п. составляет при этом лишь уо/s- Частичная нейтрализация пространственного заряда увеличивает предельный ток.
Поскольку С. п. в магн. поле вращается как целое, ему свойствен сильный диамагнетизм, вплоть до обращения знака (реверса) поля внутри трубчатого пучка (т. и. E-слой). С учётом диамагнетизма физически заданным параметром следует считать ие ведущее маги, поле, а полный магн. поток, замороженный в камере дрейфа и перераспределяющийся по сечению при инжекции пучка. Для тонкостенного заряженного трубчатого пучка в маги, поле характерна неустойчивость, приводящая к разбиению его на отдельные спиралеобразные струи.
Полностью нейтрализованный С. п. ие ограничен по току, ио собств. маги, поле сильно фокусирует его
частицы, совершающие поперечные колебания с длиной волны порядка или меньше радиуса пучка. Поэтому ср. поперечный импульс частиц в С. п. больше продольного, а поперечное распределение плотности тона имеет выраженный трубчатый характер.
Зарядовая нейтрализация пучка происходит при инжекции в достаточно плотную плазму за счёт вытеснения из его объёма медленных плазменных электроиов с характерным временем (4яст)-1, где ст — проводимость плазмы. Если к моменту достижения нейтрализации ток С. п. продолжает нарастать, то эдс индукции создаёт ток оставшихся плазменных электронов, направленный против тона пучка и вызывающий токовую нейтрализацию. При небольшой плотности плазмы, когда плазменная частота Wp < с/а, обратный ток распределён по всему объёму, так что токовая нейтрализация неполна н имеет интегральный характер. При <ор > с/а происходит локальная нейтрализация, за исключением поверхности С. п., где образуется двойной токовый слой толщиной ~с/о)р и сосредоточено магн. поле. В таких условиях частицы С. п. практически свободны, а сам он электродинамически ненаблюдаем. Эффективность переноса пучком мощности и энергии через плазму на расстояния ~ 1м близка к 100%, ио на больших расстояниях уменьшается за счёт разл. неустойчивостей С. п., в первую очередь поперечной неустойчивости, выражающейся в изгибании пучка как целого и разбиения его на отд. нити.
При инжекции пучка в нейтральный газ существенны процессы нестационарной ионизации, длительность к-рых может быть сравнима с длительностью С. п. Вначале за время (для воздуха) порядка (0,7/р) не, где р — давление газа в мм рт. ст. (торрах), за счет прямой ионизации образуется кол-во иоиов, достаточное для зарядовой нейтрализации, и вторичные электроны перестают уходить поперёк пучка. После этого медленные электроны дают вторичную ионизацию, сиорость и-рой определяется ускоряющим их индукционным электрич. полем и давлением. Если за время существования С. п. успевает развиться иоиизац. лавииа, то проводимость скачком возрастает и все дальнейшие изменения тока С. п. точно компенсируются обратным током по плазме, что приводит к фиксации степени токовой нейтрализации и конфигурации пучка в момент пробоя. Эффективность распростраиеиия мала при малых давлениях (ниже10~3 торр), когда иет даже зарядовой нейтрализации, достигает максимума при давлениях 0,1—1 торр, где может осуществиться токовая нейтрализация, а при больших давлениях падает из-за процессов рассеяния.
