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 38

В отличие от рассмотренных в гл. 3 и 4 ПИЭЛ, в которых форма и площадь эмиттирующей поверхности плазмы в определенной степени не зависят от геометрических размеров катодов разрядных камер, в ПИЭЛ со взрывной эмиссией (см. рис. 1, е) геометрия и положение плазменной поверхности в высоковольтном промежутке определяются количеством и расположением эмиттирующих центров на металлическом катоде.

В ПИЭЛ с одноострийными и плоскими катодами большое значение приобретают микровыступы, которые существуют на поверхности макроострия и имеют радиус кривизны 0,1 мкм и менее. Благодаря усилению поля на микровыступах снижается напряжение, требуемое для взрыва острия при малом времени задержки t_з≪τ_и, где τ_и— длительность импульса напряжения.

При напряжении U£10⁵ В и длине промежутков d≈1 мм закон «степени 3/2» для диода с одиночным острием выражается следующим соотношением

,                                                  (45)

где υ и t— скорость и продолжительность расширения катодного факела.

При больших напряжениях скорость увеличения тока во времени возрастает по сравнению с (45). При этом структура пучка изменяется таким образом, что в поперечном сечении пучка наряду с центральным максимумом значительная плотность тока появляется в кольце, концентричном по отношению к центру пучка. Такие особенности диодов с одноострийными катодами объясняются тем, что при высоких напряжениях в эмиссии электронов участвует не только кончик макроострия, но и его боковая поверхность.

При использовании двух последовательных импульсов ток пучка во время второго импульса превышает ток первого импульса . Этот эффект связывают с увеличением первеанса диода вследствие частичного заполнения промежутка плазмой, образовавшейся при первом импульсе.

Взрывная эмиссия электронов связана с расходом металла катода как при взрыве острия, так и при расширении катодного факела. Однако этот расход весьма незначителен. Например, при использовании промежутков длиной 0,3—1 мм с одноострийным молибденовым катодом, обеспечивающим в режиме взрывной эмиссии плотность тока j=(3÷4)10⁸ А/см², в факел поступает (2÷6)10^-8 кг/Кл . Металл с катода уносится в зависимости от материала катода, формы острия и амплитуды напряжения. При токе до 200 А, длительности импульсов до 8∙10^-8 с и напряжении до 40∙10³ В острия из вольфрама, молибдена и меди выдерживали при определенных условиях до 15∙10³ включений без заметного нарушения стабильности работы диода.

Источники с плоскими катодами имеют свойства, близкие к свойствам ПИЭЛ с одноострийными катодами. В случае плоских катодов образование плотной плазмы, необходимой для взрывной эмиссии электронов, происходит в результате взрыва микровыступов, всегда имеющихся в реальных условиях на поверхности металлов. Наряду с плоскими и одноострийными катодами в ПИЭЛ со взрывной эмиссией применяются многоострийные эмиттеры, которые обеспечивают пучки с требуемым поперечным сечением, малой расходимостью и лучшим распределением плотности тока по сечению. В качестве многоострийных катодов используются пучки тонких проволок с заостренными концами, наборы лезвий и другие системы. Для одновременного функционирования в диоде большого количества катодных факелов необходимо, чтобы время запаздывания взрыва отдельных эмиттеров t_з было значительно меньше длительности импульса напряжения, обычно t_з£10^-9 с.