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 9

При больших значениях коэффициента γ_р возможна ситуация, при которой влияние «вторичных» электронов на поле у поверхности плазмы превышает влияние ионов. Рассмотрение влияния ионизации на положение эмиттирующей плазменной поверхности показывает, что при постоянном напряжении направление и величина перемещения этой поверхности при повышении давления газа в промежутке зависят от параметра Г = (γ_P/γ₀). При Г<1 происходит расширение промежутка, а при Г>I промежуток сокращается. Расчетные оценки величины Г показывают, что в условиях, характерных для ПИЭЛ, при повышении давления возможны обе ситуации.

Экспериментальную проверку этого вывода провели на ПИЭЛ, основанном на извлечении электронов из прианодной плазмы отражательного разряда с полым катодом. Влияние давления на положение эмиттирующей плазменной поверхности оценивается ускоряющим напряжением и эмиссионным током, при которых плазменная поверхность занимает одно и то же фиксированное положение. При этом изменение напряжения, необходимое для возвращения границы плазмы в прежнее положение, позволяет определить направление ее перемещения при изменении давления. Момент прохождения границей плазмы фиксированного положения находится по характеристикам изолированной диафрагмы, помещенной в эмиссионный канал ПИЭЛ. Схема электродной системы, с помощью которой реализуется эта методика, приведена на рис. 3. Диагностическая изолированная диафрагма 4 является элементом эмиссионного канала и расположена между двумя магнитными экранами 1 и 5. Экран 2 препятствует напылению проводящих покрытий на изоляторы 3. Ускоряющее напряжение прикладывается между электрически соединенными электродами 1, 2, 5 и извлекающим электродом 6. Увеличение напряжения вызывает удаление эмиттирующей плазменной поверхности. Пока диафрагма находится в плазме, она имеет отрицательный потенциал. Скачок потенциала от отрицательного к положительному при напряжении U₁, очевидно, происходит в результате прекращения контакта диафрагмы с плазмой. При этом поток электронов из плазмы на диафрагму недостаточен для компенсации заряда ионов, поступающих на нее из ускоряющего промежутка. При слабой электростатической экранировке диафрагмы электродом 2 на вольт-амперной характеристике ПИЭЛ появляется скачок тока при напряжении, соответствующем скачку потенциала диафрагмы. Это позволяет фиксировать условия, при которых прекращается контакт диафрагмы с плазмой по вольт-амперным характеристикам ПИЭЛ. При ускоряющих напряжениях, меньших U₁, изолированная диафрагма практически не влияет на токоотбор.

Рис. 3. Схема диагностической системы: 1, 5 – магнитный экран: 2 –экран: 3 – изолятор; 4– диагностическая диафрагма; 6 – извлекающий электрод

Рис. 4. Зависимость электронного тока (1 и 2) и ускоряющего напряжения (3 и 4) от давления при фиксированном положении эмиттируюшей поверхности при I_р = 100 мА, B = 8·10^-2 Тл:

1 и 3 – d = 4,5 мм; 2 и 4 – d = 3,5 мм

На рис. 4 приведены зависимости эмиттируемого плазмой электронного тока I₁, и ускоряющего напряжения U₁ от давления в плазме при постоянном токе разряда. Поскольку газ напускается в разрядную камеру ПИЭЛ и откачивается через эмиссионный канал, давление в плазме однозначно связано с давлением в ускоряющем промежутке. Зондовые измерения показывают, что в отсутствие извлечения электронов (U=0) плотность тока в эмиссионном отверстии не изменяется с повышением давления при постоянном токе разряда, так что наблюдаемые зависимости электронного тока от давления обусловлены ионно-электронной эмиссией плазмы. Напряжение U₁ меняется как при изменении первеанса промежутка между плазмой и ускоряющим электродом, так и при изменении эмиссионной способности плазмы. Для возвращения границы плазмы в прежнее положение при повышении давления до 1,85·10^-3 мм рт. ст. необходимо уменьшить напряжение, что свидетельствует о расширении этого промежутка с ростом давления в нем. В таких условиях увеличение пропускной способности промежутка благодаря частичной компенсации отрицательного заряда ионами превышает увеличение эмиссионной способности плазмы, т. е. Г<1. В стационарных условиях равенство I = I_е, где I=PU^3/2, а , выполняется при расширении слоя, в результате чего происходит уменьшение первеанса.