Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
В зависимости от потенциала сетки и давления в анодной полости разрядная система может работать в двух режимах [48]. При низком давлении в полости (р = 10~2 — 10-3 Па) в цепи эмиттерной сетки регистрируется ток /с со значительной высокочастотной модуляцией (рис.
3.10, а). С повышением потенциала сетки относительно стенок полости (главного анода) при постоянном разрядном токе, измеряемом в цепи катодов, ток сетки возрастает, достигая примерно 40% разрядного тока при Uc ~ 150 В. При дальнейшем повышении напряжения ток Ic остается примерно постоянным вплоть до возникновения искровых пробоев при Uc я* 300 В. Колебания тока Ic находятся в противофазе с колебаниями тока /а в цепи главного анода, соединенного с полостью. По мере повышения давления изменяются частота колебаний и форма импульса тока /с. При давлении р = 10" 2 Па в конце импульса тока появляется участок без колебаний, амплитуда и длительность которого возрастают при дальнейшем повышении давления (рис. 3.10, б, в). При р = 4*10“ 2 Па
48
Рис. З.Ю Осциллограммы импульса тока на сеточный электрод:
а — при р = 10“3 Па; б — при 10“2 Па; в — при р = 4 • 10 2 Па; г — прир =4 • 10 2 Па
ток сетки становится приблизительно равным катодному току /к (рис.
3.10, г). Ток на стенки полости при этом меняет свою полярность и стано* вится равным 5% /к- Бесколебательный режим протекания тока можно рассматривать как горение разряда между катодами и эмиттерной сеткой, контрагированного отверстиями в промежуточном и главном анодах. В обоих режимах анодная полость заполнена плазмой, способной эмит-тировать электроны в ускоряющий промежуток.
В режиме низкого давления систему, включающую эмиттирующую плазменную поверхность, эмиттерную сетку с большой геометрической прозрачностью и ускоряющий электрод, можно рассматривать как триод с отрицательной сеткой. Ток на ускоряющий электрод-коллектор, характер колебаний тока, зависимость его от давления и других параметров остаются практически неизменными, если вместо ускоряющего напряжения U подать на сетку напряжение Uc = DU, где D — проницаемость сетки для электростатического поля. Таким образом, влияние потенциалов ускоряющего электрода и сетки на ток определяется потенциалом, действующим в плоскости сетки и равным Ufk-Uc + DU, т.е. ток триода с плазменным катодом равен т-оку эквивалентного диода с напряжением Ur.
Для управления распределением плотности тока по сечению ПБС применяли следующие приемы:
1. Использование эмиттерной сетки определенной конфигурации [39]. Конфигурацию сетки выбирали с учетом того, что при высоком ускоряющем напряжении, удовлетворяющем вытекающему из закона степени 3/2 соотношению
U> (9/4е0Р/3 I2'3 d4'3 (т/2е)1/3 , (3.1)
благодаря малой проницаемости сетки для ускоряющего поля и в то же время ее большой геометрической прозрачности эмиттирующая плазменная поверхность практически совпадает с поверхностью сетки экспандера.
2. Использование сетки с неравномерной проницаемостью и геометрической прозрачностью.
3. Использование нескольких разрядных камер с различными или одинаковыми токами, работающими на общую анодную полость [41].
4. Размещение внутри полости дополнительных электродов, уменьшающих влияние ускоряющего поля на плазму, а также частично поглощающих и перераспределяющих потоки заряженных частиц в полости [50].
Выбор того или иного метода повышения равномерности или их совокупности определяется конкретными требованиями к равномерности распределения плотности тока, размером ПБС, его расходимости и т.д.
Схему построения ПИЭЛ на основе дугового контрагированного разряда с расширенной анодной частью использовали при создании электронных источников,
49
Рис. 3.11. Схема электронного источника [41] :
1 — разрядная камера; 2 — анодное отверстие ; 3 — анодноя полость; 4 —
ускоряющий электрод
обеспечивающих ПБС с сечением 102 — 3-Ю3 см2, током / = 150 А и энергией до 250 кэВ. На рис. 3.11 показана схема электронного ускорителя, в котором использованы 4 идентичных разрядных камеры, работающих на одну общую анодную полость [41]. Основными электродами разрядной камеры (рис. 3.12) являются катоды 6, промежуточный анод 3 с ферромагнитной вставкой 4, в которой имеется контрагирующее отверстие диаметром 1 мм, и главный анод 7 с выходным отверстием диаметром 1,5 мм. Магнитное поле создается постоянным магнитом 1. Суммарный расход рабочего газа (воздух, аргон), напускаемого в каждую разрядную камеру через регулируемые натекатели, 150—300 смЭ/ч. Анодная полость выполнена в ускорителе (рис. 3.11) в виде сетчатого полуцилиндра радиусом 0,1 м с закрытими торцами. Эмиттерная сетка из нержавеющей стали имеет ячейки 2x2 мм и прозрачность 80%. Общий вид плазменного эмиттера, закрепленного на изоляторах, показан на рис. 3,13.
Импульсный разряд возбуждается синхронно во всех 4 камерах (рис. 3.11) при подаче через резисторы /?§/(/ = 1, 2, 3, 4) импульса напряжения длительностью 150 мкс с амплитудой до 3 кВ от общей двойной формирующей линии.
Поскольку напряжение горения дугового разряда ((Ур = 100—150 В) значительно меньше напряжения зажигания, при использовании высоковольтной формирующей линии во время горения контрагированной дуги на ограничительных резисторах выделяется мощность, значительно превышающая мощность, потребляемую разрядом, что обусловливает низкий КПД этой простой схемы питания разряда. Кроме импульсного напряжения между катодами и промежуточными анодами разрядных камер прикладывается через резисторы Rj постоянное напряжение. Благодаря этому в камерах зажигается слаботочный разряд Пеннинга с током до 50 мкА, что уменьшает разброс моментов зажигания и время формирования импульсных дуговых разрядов в отдельных камерах. Зарядка формирующей линии и питание разряда Пеннинга осуществляются от выпрямителя через высокоомный резистор Rb-J сопротивлением 1 кОм. Запуск формирующей линии происходит при пробое разрядника P в момент приложения ускоряющего напряжения от генератора Аркадьева—Маркса к плазменному эмиттеру. Ускоряющее напряжение прикладывается к промежутку длиной 0,2 м между эмиттерной сеткой и плоским ускоряющим электродом, имеющим потенциал стенок вакуумной камеры.
