Электронные пучки большого сечения - Бугаев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
с достаточной точностью определить по формуле
1 /2
7Гг/а I
(4.3)
Для одиночного лезвия JU** (1 +W/r)1 72.
Для катода в виде "гребенки", когда гФг ,
th (TJHIa)
Tlrla
1 12
( th {7їНla') )
\ m'ta' )
I /2
Если острия на катоде являются телами вращения и a = a , то
th (ПН/а)
Ttrfa
(4.4)
(4, 5)
(4.6)
Полученные выражения позволяют осознанно подойти к конструированию многоострийного катода. Оптимальное расстояние между эмиттерами можно выбрать из условия, вытекающего из (4.5), т.е.
TiHia ъ 2.
При этом th(тгН/а) -*1.
В случае выполнения условия (4.7) їх ~ aItiг.
(4.7)
(4.8)
Из исследований электрического пробоя вакуумных промежутков, выполненных на большом количестве материалов [75], известно, что для большинства металлов время запаздывания появления взрывной эмиссии не превышает 10 не, если достигается средняя напряженность поля Ecp « « (0,8-1,5) • 105 В/см.
Поскольку Ecp = jiU/d, то, подставляя значения ju из (4.3) — (4.5) и-используя это выражение совместно с графиками экспериментальных зависимостей t3 = f (Fcp) [75], можно для каждого конкретного случая определить время запаздывания появления взрывной эмиссии на катоде. Катод работает стабильно, если t3 < ^cp-
82
Конструкция и технология изготовления катодов. Основными критериями при выборе той или иной конструкции эмиттера и технологии его изготовления являются: ресурс работы, пространственные и временные характеристики пучка, стоимость и технологичность катода. Для изготовления катодов с большой площадью, обеспечивающих получение ленточных ПБС в источниках с ВЭЭ, применяются различные.способы создания многоострийных автоэмиссионных систем. К числу таких способов относятся: электрохимическое заострение отрезков проволоки с последующей сборкой острий в пакеты; выращивание острий методом напыления в электрическом поле; получение многоострийных систем из многокомпонентной эвтектики, например из вольфрамоникелевой, путем вытравливания одной из компонент, входящих в эвтектику, и изготовление пакетов острий путем электроискрового вырезания из тонких металлических фольг и т.д. Однако ввиду сложности этих способов они находят пока ограниченное применение.
Наиболее распространенным применением ПБС с взрывными катодами является их использование для возбуждения газовых лазеров большой мощности. Параметры ПБС для этих целей охватывают достаточно широкий диапазон. Действительно, длительность импульсов колеблется в диапазоне от 1СГ8 до 1СГ4 с, плотность токов / — от 1СГ3 до 10 А/см2; при этом энергия частиц E 0,2-г0,5МэВ, а пространственная неоднородность плотности тока должна быть не хуже 10—15 %.
Во всем диапазоне плотностей токов достаточно хорошо зарекомендовали себя графитовые катоды, изготовленные из отдельных острий, полосок углеграфитной ткани, пучков графитовых нитей или графитового войлока. Угольные нити или полоски закрепляют с определенным интервалом на металлической пластине, которая имеет достаточно большой радиус закругления для предотвращения эмиссии с этой подложки.
Широкое распространение получили многоострийные катоды, изготовленные методом холодной штамповки из фольги [85] .Материал катода — медная фольга толщиной 20—30 мкм. Эмиттеры вырубаются из фольги в виде равнобедренных треугольников с углом при вершине в = 20° и высотой 5 мм. Расстояние между двумя соседними эмиттерами около 5 мм. Одновременно с вырубкой фольгу сгибают так, что острие устанавливается перпендикулярно плоскости подложки и составляет с ним одно целое. Подложку крепят к опорной пластине катода. Пластина имеет площадь, близкую к апертуре пучка, и окантована трубой из нержавеющей стали для предотвращения паразитной эмиссии. В работе [85] такой катод имеет на площади 35x910 см 1100 острий, каждое из которых выполнено из фольги толщиной 20 мкм в виде зуба с углом при вершине 20° и радиусом закругления 10—60 мкм.
Идея, использования большого числа тонких медных проволок, армированных диэлектриком, реализована в [83]. Проволоку предварительно наматывали с заданным шагом на пластины из фольгированного гети-накса, с которого удаляли часть металлизации, равнукъудеорнной высоте эмиттеров. После намотки проволочки припаивали к фольге гетинакса, а на полосе без металлизации приклеивали клеем. При разрезании пласти-нь'і перпендикулярно линии намотки получаются два эмиттирующих элемента. Эти элементы устанавливают на катодную пластину. Катод площадью 200 см2 (4x50 см), содержащий 600 эмиттеров, выполненных из отрезков медных проволочек диаметром 50 мкм, работал в частотном режиме (до 50 Гц) при U = 400 кВ, ги ^ 30 не с общим током 6,5 кА.
83
>ьу!иу>т jfenira пта
С.
IK
Рис. 4.7. Управляемый плазменный катод с пробоем йа поверхности диэлектрика:
1 — фольга из металла; 2 — изолирующий зазор; 3 — металлический „островок"; 4— диэлектрик
Такие многоострийные катоды обеспечивают ресурс работы 106 — 107 включений и дают хорошую однородность электронного потока.
Наиболее просты в конструкционном и технологическом аспектах лезвийные катоды. Обычно используют полосы высотой 10 — 15 мм медной [86] или танталовой фольги толщиной 12 — 15 мкм [87, 88]. Полосы закрепляют в специальном держателе и устанавливают на катодной пластине перпендикулярно ее плоскости. Длина полосы определяет ширину ленточного пучка, толщина его задается с помощью электронной оптики. Основной недостаток такого катода — ограниченное число катодных факелов на рабочей кромке лезвия из-за меньшей по сравнению с многоострийным катодом напряженности поля, что приводит к пространственной неоднородности пучка. Этот недостаток можно преодолеть "схемными" методами, создавая кратковременный выброс удвоенной амплитуды на фронте импульса напряжения [88] или добиваясь того же эффекта с помощью специальных электронов [89].
