Общие свойства плазменных источников электронов. Эмиссия электронов из плазмы и прохождение тока в диодах с плазменным катодом. Электронные источники на основе разрядов с холодным катодом в магнитном поле, страница 23

Колебания в разряде дуоплазматрона и неустойчивость эмиссионной поверхности
вызывают модуляцию электронного пучка и расширение энергетического спектра электронов. Частота и амплитуда колебаний сложным образом зависят от параметров разряда. Основными являются колебания с частотой 0,8— 1,8 МГц. Интенсивность колебаний возрастает с увеличением напряженности магнитного поля и давления аргона в разрядной камере и уменьшается с повышением давления в технологической камере до 8×10^-4—10^-3 мм рт. ст. При давлении в разряде выше 10^-1 мм рт. ст. спектр колебаний тока пучка становится сплошным с диапазоном частот от десятков килогерц до 2 МГц.

Усовершенствование системы извлечения ПИЭЛ введением экспандера (см. рис. 22, б) позволяет повысить электрическую прочность ускоряющего промежутка, расширить диапазон давлений и увеличить мощность пучка до 100 кВт при напряжении 30 кВ. Показана возможность эффективного управления током пучка при изменении в небольших пределах магнитного поля дуоплазматрона. Питание катушки электромагнита осуществляется током разряда. Проведенное в ВЭИ детальное сравнение характеристик мощных ПИЭЛ на основе дуоплазматронов с накаленным катодом и технологических вакуумных пушек с термокатодом показывает, что надежность ПИЭЛ и широкие возможности управления током пучка делают оправданным и перспективным разработку и использование ПИЭЛ этого типа.

В работе описан ПИЭЛ на основе дуоплазматрона с накаленным катодом, обеспечивающий при длительности импульсов 0,5—10 мс и частоте 0,2—10 Гц электронный пучок с током до 17 А. Схема ПИЭЛ и распределение магнитного поля по оси источника приведены на рис. 25. В разрядной камере кроме обычных для дуоплазматрона катода 1, промежуточного анода 3 и главного анода 4, используется отражатель 5, электрически соединенный с катодом. Отражателем 5 и катушкой 2 обеспечиваются условия для осцилляции электронов в неоднородном магнитном поле, что позволяет повысить степень ионизации газа в разряде и понизить требуемое давление газа. В источнике применяли Н₂, N₂, Ar, Кг, Хе. Давление газа в разрядной камере составляет 10^-3—8×10^-3 мм рт. ст., что на полтора порядка ниже рабочего давления, необходимого для обычных дуоплазматронов. Требуемый расход газа определяется соотношением Q=10^-4 I_р см³/с, где I_р— разрядный ток, А.

Пробои ускоряющего промежутка при значительных токах устраняются декомпрессией газа и плазмы, которые проникают через эмиссионное отверстие диаметром 3 мм в полый цилиндрический экспандер диаметром 7 и длиной 10 см. Извлекающий электрод 7 имеет форму цилиндра диаметром 7 см и располагается на расстоянии 3,5 см от экспандера. Благодаря сочетанию неоднородных магнитного и электрического полей эмиттирующая поверхность плазмы в экспандере приобретает форму конуса, что повышает первеанс извлекающей системы.

На рис. 26 приведены характеристики ПИЭЛ, полученные при условии, когда электронный ток слабо зависит от магнитного поля в разрядной камере. Эмиссионные и вольт-амперные характеристики качественно подобны ранее обсуждавшимся характеристикам других ПИЭЛ. Зависимость эффективности извлечения электронов от давления в разрядной камере так же, как газовая характеристика (см. рис. 19, в) ПИЭЛ с продольным извлечением электронов из отражательного разряда объясняется, по-видимому, влиянием давления на распределение плотности катодного тока в отражательном разряде. При определенных условиях извлеченный из плазмы ток превышает ток разряда (I=1,2I_p). Это свидетельствует о том, что эмиттером электронов становится не только термокатод и соединенный с ним отражатель, но и другие электроды разрядной камеры. При этом разрядная камера по существу становится неэквипотенциальным полым катодом.