Ионная эмиссия из тлеющих разрядов с осциллирующими электронами, страница 5

1 -j_е = 50 В, 2 -j_е = 500 В.

те же допущения можно получить простое аналитическое соотношение связывающее плотности выходного и эмиссионного тока

J = 0.81Je - ,                                                          (7.2.2)

где A - атомный номер используемого газа, а коэффицент k измеряется в амперах, деленных на вольт в степени 3/2,  и численно равен 7.14*10^-6. Зависимость, определяемая этим соотношением для случая j_e = 500 В довольно неплохо согласуется с результатами численного анализа.

При формирования низкоэнергетичных пучков целессобразно обеспечить требуюмую плотность тока при как можно меньшем полном ускоряющем напряжении, чтобы обойтись без высоковольтной изоляции и упростить конструкцию источника. На рисунке 7.5 представлены зависимости J_m от U_t. Как и в высоковольтной сисеме J_m меньше в случае тлеющего разряда, однако причина этого другая. При небольших J_e эмиттирующая поверхность плазмы тлеющего разряда формируется на значительном расстоянии от эмиттерного электрода. С увеличением J_e происходит перемещение границы плазмы к отверстию и она приобретает выпуклую форму, что приводит к увеличению расходимости пучка. Поэтому для обеспечения прохождения пучка через оптическую систему необходимо прикладывать большее ускоряющее напряжение.

На рис.7.6 приведены зависимости J_m от d при некотором заданном U_t. Увеличение диаметра отверстий упрощает изготовление ускоряющей системы и ее юстировку, но приводит к

Рис.7.6. Зависимости J_m от d

1 -j_е = 50 В, 2 -j_е = 500 В.

уменьшению предельной плотности тока. Это уменьшение идет более резко в случае дугового разряда и при d=16 мм разница между двумя  анализируемыми случаями невелика, так как здесь протяженность приэлектродного слоя становится существенно меньше размеров эмиссионного отверстия для обоих рассматриваемых разрядов.

Величина предельного тока пропускаемого ускоряющей системой с некоторыми заданными параметрами уменьшается с увеличением разности потенциалов между плазмой и эммитерным электродом. Причинами этого являются уменьшение площади эмиттирующей поверхности плазмы при ее формировании внутри отверстия в эмиттерном электроде и образование выпуклой плазменной поверхности при ее формировании вблизи отверстия. Таким образом, если эмиттерный электрод имеет не плавающий потенциал, а потенциал катода тлеющего разряда, то для получения заданной плотности тока пучка необходимо использование более высокого полного ускоряющего напряжения. Кроме того, представляет интерес изучение вопроса о возможности уменьшения в тлеющем разряде разности потенциалов между плазмой и эммитерным электродом. Если такое уменьшение не затрудняет горение разряда, то использование этого способа также возможно.

7.3. Экспериментальное исследование эмисии ионов из плазмы

разрядов в магнитном поле.

В предыдуще главе исследовались особенности эмиссии электронов из разряда, горящего в системе типа обращенный магнетрон, В настоящем параграфе представлены результаты экспериментов, в ходе которых эта система была применена и для получения ионных пучков.

Извлечение ионов осуществлялось через торцевой электрод и эффективность извлечения, даже в случае выполнения эмиссионных отверстий по всей поверхности эмиттерного электрода, не превышала нескольких процентов. В этом случае негативное влияние на разряд, связанное с отбором части заряженных частиц, что обсуждалось в предыдущей главе, является незначительным.

При исследовании ионно-эмиссионных свойств использовалась та же газоразрядная камера, что и в вышеописанных экспериментах по исследованию электронной эмиссии с катодом, выполненным из нержавеющей  стали, длиной и диаметром 150 мм. Длина и диаметр анода варьировались в ходе экспериментов. С помощью плоского коллектора, перемещавшетося в радиальном направлении в щели, выполненной в торце катода, были проведены измерения радиальных распределений плотности тока ионной эмиссии.