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 47

В отличие от первой формы разряда, где напряжение все время сосредоточено в прикатодном слое, во второй к моменту срыва тока перед первой паузой слой пространственного заряда отходит от катода и перемещается вдоль столба разряда. Сначала скорость его движения составляет 2∙105 м/с, а затем уменьшается до 103 м/с и ниже. Отрыв слоя объясняется образованием и перемещением к аноду перепада концентрации плазмы в результате повышения концентрации плазмы у катода до 1019 м-3 и уменьшения ее в остальном объеме трубки. Увеличение концентрации прикатодной плазмы может вызываться газовыделением из катода и действием катодных пятен, а понижение происходит в результате взаимодействия сильноточного пучка с плазмой. После срыва тока концентрация анодной плазмы возрастает во время паузы примерно до 1018 м-3.

Сосредоточение напряжения, которое приложено к заполненному плазмой промежутку, в относительно узкой его области объясняется в работе не обрывами тока вследствие превышения в плазме поля Драйсера, а образованием двойного электрического слоя подобного слою, возникающему в контрагированных разрядах в местах сужения разряда. В обоих случаях двойной слой образуется за счет неоднородности плазмы. При этом перемещение двойного слоя вызывается несоответствием между эмиссионной способностью катодной плазмы на границе двойного слоя и пропускной способностью разрядного промежутка.

Обращает на себя внимание некоторая аналогия в поведении прямого разряда в промежутке, заполненном плазмой, и в формировании высоковольтного импульсного разряда в ускоряющем промежутке ПИЭЛ с поджигающим электродом. Подобие форм разряда и их последовательности при развитии разряда, качественно одинаковые зависимости тока и длительности токового импульса от напряжения (см. рис. 60), давления газа (начальной концентрации плазмы) и обезгаживания катода позволяют говорить об общности процессов в прямом разряде и в разряде, который возбуждается в диоде с плазменным катодом при взаимодействии электронного пучка с собственной плазмой.

Представляет значительный интерес еще один способ получения электронных пучков с помощью нестационарной плазмы. Было обнаружено, что в нецилиндрическом z-пинче в дейтерии с примесью ксенона при определенных условиях происходит срыв токовой оболочки и образуется мощный электронный пучок, попадающий на анод установки. Электроны в пучке, которым переносится весь разрядный ток порядка 106 А, ускоряются за счет энергии магнитного поля, запасенной в камере. О возникновении пучка с таким током и значительной энергией свидетельствует интенсивное коротковолновое рентгеновское излучение и откол металла с тыльной стороны анода. Образование пучка при разрушении токовой оболочки объясняется ухудшением проводимости в прианодной области в результате появления в ней плотных паров материала анода. Недостатками этого способа генерирования сильноточных электронных пучков являются относительно малая длительность пучка, составляющая 10-7 с, и широкий энергетический спектр электронов (30—100 кэВ).

ГЛАВА 7

ПЛАЗМЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОНОВ С ПЛАЗМОЙ, ПОЛУЧЕННОЙ ПРИ ПОВЕРХНОСТНОЙ ИОНИЗАЦИИ

23. ОБРАЗОВАНИЕ ЦЕЗИЕВОЙ ПЛАЗМЫ В ПОЛЫХ НАКАЛЕННЫХ КАТОДАХ

Кроме плазмы, образованной в электрических разрядах, при инжекции электронных пучков в газ, а также при взаимодействии лазерного луча с твердой мишенью, для получения электронных пучков может использоваться плазма, которая возникает при поверхностной ионизации атомов на раскаленной металлической поверхности. В последнем случае обычно применяются полые накаленные катоды, в которых эмиссия электронов происходит с внутренних стенок полости, ионы в полости образуются в результате попадания на внутренние стенки потока атомов с малым потенциалом ионизации, а отбор электронов в ускоряющий промежуток производится с границы синтезированной в полости плазмы через апертуру полости. При этом основная функция плазмы в ПИЭЛ состоит в том, чтобы компенсировать отрицательный пространственный заряд у поверхности термокатода и обеспечить электронную эмиссию с плотностью тока, значительно превышающей плотность эмиссионного тока термокатода. Кроме того, использование явления эмиссии из плазмы уменьшает зависимость характеристик ПИЭЛ от бомбардировки катода высокоэнергетичными ионами.