Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
С. п. положит, ионов (гл. обр. водорода) снимаются с приаиодной плотной плазмы, имеющей эмиссионную способность до 1 иА/см8, и выводятся в сторону катода. В режиме ограничения пространственным зарядом диодный промежуток в ср. нейтрален, ио плотность полного тока превышает закон «трёх вторых» ие более чем в два раза из-за локальной раскомпеиса-ции ионного и электронного потоков. Ионы с массой M дают тогда лишь малую долю ~(mjM)l* от полного тока, переносимого в осн. встречными электронами. Для повышения эффективности служит маги, изоляция электронной компоненты, не влияющая иа распространение иоиов. В рефлексных ионных диодах используется прозрачный для электроиов анод, вблизи к-рого создаётся увеличенная плотность осциллирующих электроиов. При этом может быть заметно превышен предел «трёх вторых» для ионов. Совр. конструкции диодов позволяют получать С. п. иоиов '-MA при энергии ~1 МэВ и малой (<1°) угл. расхода мости. Распространение С. п. иоиов возможно только в условиях зарядовой нейтрализации медленными сопровождающими электронами.
JTum.: Диденко A. H., Григорьев В. П.,
Усов Ю. П., Мощные электронные пучки и их применение, елч М., 1977; Миллер Р., Введение в физику сильноточных
СИЛЬНОТОЧНЫЕ
СИЛЬНОТОЧНЫЕ
пучков заряженных частиц, пер. с англ., М., 1984; Быстрицкий В. М., Д и,Д е н к о A. H., Мощные ионные пучки, M f 1984. А. Н. Лебедев.
СИЛЬНОТОЧНЫЕ УСКОРИТЕЛИ — установки для получения сильноточных пучков заряж. частиц (электронов и иоиов), создающих ток I > IO4 А при энергии частиц >10а эВ. С. у. содержит источник импульсов высокого напряжения и вакуумный диод, иа к-рый это напряжение подаётся и в межэлектродном промежутке к-рого происходит ускорение (рис. 1). Большинство С. у. являются ускорителями прямого действия,
Схема Аркадъева-Маркеа
Изолятор Жидкий
Рис. 1. Схема сильноточного ускорителя: 1 — высоковольтный выпрямитель; 2 — промежуточный накопительный элемент; з — электроды двойной формирующей линии; 4 — трансформирующая линия передачи; P — разрядники; С — конденсаторы.
в к-рых частицы получают весь прирост энергии за одни проход через ускоряющий промежуток (вакуумный диод), иа электроде к-рого они и образуются.
Принцип действия. На диод подается напряжение от генератора мощных высоковольтных импульсов. Источником электронов или отрнцат. ионов служит плазма, образующаяся за иеск. не на катоде в результате взрывной электронной эмиссии, когда при достижении ср. напряжённости поля на катоде ^106 В/см происходит тепловой взрыв его микронеодиородностей. В ионных диодах плазма создаётся иа аноде и из неё вытягиваются положит, ионы. Для эфф. работы ионного диода сопутствующий электронный ток иа анод искусственно подавляют.
Образовавшиеся на катоде и аноде слон плазмы расширяются со скоростью и — (2 — 3)-106 см/с, межэлек-тродный промежуток (размером d от иеск. мм до иеск. см) сокращается в течение импульса. При относительно небольших напряжениях V [MB] в диоде с электродами в виде двух плоских дисков радиуса R (рис. 2, а) течёт равномерно распределённый электронный ток I ~ = 7,3 [кА]. Через время tK = d/2v оба слоя
Плазмы соединяются и диод закорачивается. Время устойчивой работы диода, пока его сопротивление не сильно отличается от внутр. сопротивления генератора импульсов, должно быть в неск. раз меньше tK и обычно ие превосходит 100 не. Это и определяет верх, границу длительности пучка С. у., если не приняты спец. меры для уменьшения V. Для эфф. работы С. у. за это же время в пучок должна быть передана существенная доля первоначально запасённой энергии.
В случае больших напряжений и отношения R/d, т. е. при больших токах, когда ларморовский радиус электронов в собств. магн. поле пучка становится мал по сравнению с зазором (рис. 2,6), диод переходит в режим сильного пиича. При этом эффективно эмитти-руют только участки поверхности, расположенные на периферии катода, а ток на аноде сфокусирован в центральное пятно малого размера и определяется соотношением:
/=8,5^(R/d) arch у [кА],
диоды, помещённые в аксиальное магн. поле (рис.
2, в). При большом электронном токе
/>17F(2V4-1) /1п(га/гк) [кА].
где га и /"л •—¦ радиусы анода и катода, такой диод может работать и без внеш. маги. поля. Чтобы ларморовский радиус электронов стал меньше межэлектродиого расстояния и электроны не достигали аиода, уже достаточно магн. поля тока, текущего по катодному стержню (явление маги, самоизоляции). В этом случае анодная плазма образуется позднее, а скорость разлёта катодной плазмы несколько ограничивается магн. полем и работоспособное состояние диода может поддерживаться >10 мкс.
Для генерации ионных пучков анод диода делают из диэлектрика соответствующего хим. состава. В результате пробоя иа поверхиостй анода образуется плазма, из к-рой под действием виеш. поля и поля пространственного заряда электронов эмиттируются ионы. Для увеличения энергии в яонном пучке ток электронов, пересекающих диод, должен быть уменьшен, но сохранён большой отрицат. пространственный заряд. Для этого используется либо поперечное магн. поле, параллельное поверхности катода (т. н. ионные диоды с маги, изоляцией, рис. 3, а), либо полупрозрачные для ускоренных электронов аноды, покрытые диэлектриком (т. н. рефлексные ДИОдЫ и триоды, рис. 3, б). Во втором случае электроны многократно проходят сквозь анод, создавая увеличенный отрицат. пространственный заряд, облегчающий вытягивание ионов из плазмы. Прн прочих равиых условиях значение плотности тока ионов оказывается в VrМх/те раз меньше плотности электронного тока. Эф-
