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 43

Осциллограммы тока на анод и коллектор ПИЭЛ (см. рис. 58) показаны на рис. 59. На рис. 61 дана зависимость усредненной по многим импульсам амплитуды первого всплеска тока на коллектор от амплитуды напряжения в стадии предразрядных импульсов. Ток подчиняется закону «степени 3/2», при этом первеанс ПИЭЛ составляет: Р=3,14∙10^-6 А/В^3/2 при R_п=2 кОм и Р=1,63∙10^-6 А/В^3/2 при R_п=10 кОм. Экспериментальные значения первеанса на порядок превышают величины, рассчитанные при допущении, что эмиттирующая плазма полностью заполняет формирующий цилиндр, и более чем на два порядка величины, полученные при допущении, что эмиттирующая поверхность ограничена кольцевой областью между катодом и поджигающим электродом.

Магнитное поле оказывает существенное влияние на токопрохождение в ПИЭЛ и развитие разряда в ускоряющем промежутке. При этом основное значение приобретает поле в области катода. В отсутствие поля развитие разряда ограничивается стадией предразрядных импульсов. Увеличение магнитного поля приводит к возникновению стадии газосфокусированного луча, значительному улучшению токопрохождения через отверстие в ускоряющем электроде (до 95%) и развитию низковольтной фазы разряда.

ПИЭЛ обеспечивает значительные токи (до 220 А) при полном ускоряющем напряжении лишь непродолжительное время (~2∙10^-7 с). Уменьшение начального давления, тщательное обезгаживание электродов и использование больших сопротивлений в цепи поджигающего промежутка приводит к затягиванию стадии предразрядных импульсов и сохранению напряжения в течение длительного времени вплоть до нескольких миллисекунд, однако при этом импульсные электронные токи оказываются малыми и не превосходят нескольких ампер.

Для получения значительных токов большой длительности предложено увеличить эмигрирующую плазменную поверхность посредством одновременного использования большого числа поджигающих промежутков. Схема ПИЭЛ с мультикатодом, включающим одиннадцать поджигающих промежутков, показана на рис. 62. Мультикатод образован собственно катодом в виде танталового диска с одиннадцатью отверстиями диаметром 1,6 мм и молибденовыми поджигающими электродами диаметром 0,8 мм, расположенными по оси катодных отверстий. Поджигающие электроды включаются в цепь через отдельные сопротивления R_П, равные 2 кОм. Давление в ПИЭЛ составляет 5∙10^-6— 5∙10^-5 мм рт. ст.

При срабатывании разрядника Р катод ПИЭЛ оказывается под высоким отрицательным потенциалом по отношению к ускоряющему и поджигающему электродам. При этом происходит последовательный пробой всех поджигающих промежутков. Максимальный разброс моментов пробоя поджигающих промежутков составляет 1,7∙10^-6 с, однако обычно он намного меньше.

Ток в цепи поджига и ток на ускоряющий электрод в ПИЭЛ с мультикатодом пропорциональны числу включенных поджигающих промежутков. При включении всех одиннадцати промежутков и напряжении U₀=30 кВ амплитуда тока на стадии предразрядных импульсов составляет I₁=15 А при длительности этой стадии t₁=2∙10^-5 с и I₁=160 А при t₁=4∙10^-7 с. При работе двух поджигающих промежутков получен пучок с током I₁=7 А длительностью более 8∙10^-5 с. Эффективность извлечения электронов из плазмы составляет 30%.

Способ получения сильноточных электронных пучков с помощью плазмы вакуумных искр нашел дальнейшее развитие в работах А. А. Плютто и других которые применили в ПИЭЛ искровой разряд в вакууме по поверхности диэлектрика. Схема электродов и электрического питания такого ПИЭЛ, имеющего разрядную камеру с шестью искровыми промежутками, приведена на рис. 63. Искровой разряд возбуждается по внутренней поверхности фарфоровых трубок 3 между электродами 1 и 4. В медных электродах 1 имеются каналы, в которые помешается рабочее вещество 2 (органическое стекло). Плотная плазма образуется в парах рабочего вещества, испаряющегося во время разряда, и через отверстия диаметром 4 мм в электроде 4 проникает в пространство между электродами 4 и 5. Электроны отбираются с развитой поверхности плазмы и ускоряются напряжением, приложенным между электродами 4 и 5. Выходное отверстие диаметром 35 мм в ускоряющем электроде закрыто сеткой с прозрачностью 66% Питание разрядной камеры осуществляется от конденсаторов С₁—С₆ емкостью по 0,03 мкФ через резистор R₄=3÷5 Ом. Ускоряющее напряжение подается через С₇=0,07 мкФ. Сопротивление R₂=1—5 Ом ограничивает ток при пробоях.