Эмиссия электронов из тлеющих разрядов с осциллирующими электронами, страница 9

6.3. Влияние электронной эмиссии на структуру

отражательного разряда с полым катодом

В предыдущем разделе рассматривалось влияние электронной эмиссии на характеристики разряда в магнитном поле, когда движение электронов поперек магнитного поля определяется “классическим” диффузионно - дрейфовым механизмом. В настоящем разделе исследуется влияние эмиссии электронов из плазмы вдоль магнитного поля на отражательный  разряд с полым катодом, в котором в условиях, приемлемых для использования  такого  разряда в плазменных электронных источниках [128], возникает вращательная  неустойчивость плазмы [129-133], и перенос электронов поперек магнитного поля является “аномальным”.

Вращательная неустойчивость проявляется в том, что анодная плазма существует в виде вращающегося факела протяженностью  - 2 рад. Благодаря развитию неустойчивости в разряде обеспечивается перенос электронов поперек магнитного поля в условиях, при которых классический механизм переноса является недостаточным для замыкания  анодного тока. При постоянном токе разряда эмиссия  электронов вдоль магнитного поля вызывает соответствующее уменьшение электронного тока на анод. При этом возникает вопрос об изменениях, происходящих в разряде и обеспечивающих такое  перераспределение электронного тока.

Экспериментальная схема представлена на рис.6.13. Электродная  система образована полым катодом 1,  цилиндрическим  анодом  2  диаметром 16 мм и катодом - отражателем 3. Магнитное поле в разряде создавалось соленоидом. В катодную  полость  напускается  аргон, откачиваемый через зазоры между анодом и катодами. Коллектор 4 эмиттируемых плазмой  электронов  устанавливается в  осевом эмиссионом  канале в катоде-отражателе. Для  измерения  частоты

Рис.6.13. Электродная  система.

Рис.6.14. Вольт-амперные характеристики коллектора и изменение частоты  вращательной неустойчивости.

вращения плазменного факела использовался анодный зонд  5, сигналы с которого регистрировались осциллографом  С8-12  и анализатором спектра СК4-59. Измерения проводились при различных значениях магнитной индукции В, напуска газа Q, раcстоянии  между катодами L, диаметре коллектора d, расстоянии  от  торца  коллектора до плоскости катода (рис. 6.13).

На рис.6.14 приведены вольт-амперные характеристики коллектора, получение которых сопровождалось измерением частоты  вращательной неустойчивости f. При увеличении эмиссионного тока происходило некоторое уменьшение частоты вращения  плазменного факела, а при достижении током коллектора некоторой величины I_A колебания зондового сигнала становились неустойчивыми. На участках АВ, отмеченных штриховыми линиями, в разряде  происходят самопроизвольные переходы между режимами с вращательной неустойчивостью и без нее. При достижении током критической величины I_B характерные когерентные  колебания тока на анодный  зонд прекращаются, что свидетельствует о подавлении вращательной неустойчивости. Значения I_A, I_B возрастают с уменьшением  расхода газа и с увеличением разрядного тока и индукции магнитного поля, но существенно не меняются при изменении положения  коллектора (см. рис. 6.14, кривые 1 и 2). Подавление неустойчивости приводит к значительному снижению (примерно в 2 раза) уровня модуляции тока электронной эмиссии на коллектор.

Отношение ионного и электронного токов насыщения составляет , что почти на порядок  превышает  значение, которое  наблюдалось бы в отсутствие  влияния  электронной  эмиссии  на свойства изотропной плазмы при одинаковой плазменной поверхности, эмитирующей электроны и ионы. В условиях  эксперимента  протяженность области катодного падения  потенциала  превышает  величину  зазора  между  коллектором и катодом, что  исключает  возможность проникновения в этот зазор плазмы и отбора  ионов  на боковую поверхность коллектора. Кроме того, вследствие резко выраженной неравномерности радиального распределения  плотности плазмы с максимумом на оси [128] конфигурация области катодного падения вблизи оси такова, что оказывает  рассеивающее  действие на ионы, входящие в эту область напротив торца коллектора. Все это позволяет заключить, что плазменная эмиссионная  поверхность, с которой на коллектор поступают ионы, не  превышает  поверхности  электроной эмиссии.  Таким образом,  относительно большое значение отношения   можно обьяснить уменьшением  плотности  плазмы  вблизи  оси  системы  при  электронной  эмиссии из разряда.