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 13

Эмиссионный механизм катодов.Рациональный выбор рабочего газа и катодного материала, обеспечивающий максимальный разрядный ток отражательного разряда с полым катодом, зависит от эмиссионного механизма катодов. Для выяснёния этого механизма в работе [31] проведена оценка доли электронного катодного тока f интегрированием уравнения Пуассона при экспериментально найденных значениях l_к, U_К и j_к. При известной

Рис. 9. Волът-амперные характеристики  отражательного    разряда  с полым катодом для    Fе — воздух,

B = 6-10^-2 Тл,  Q = 60 см³/ч:

1 — 3, 5 — p=10^-3 мм рт. ст.;   4 — р = 5*10^-4мм рт.ст.; l —l_п= 40 мм; 2— l _п=20  мм;  3, 4 — l_п=24  мм;  5 — l_п=0;   /, 2 — d_п=5  мм;   3,  4 —d_п=3 мм

Таблица  3

доле электронного катодного тока можно определить эффективный коэффициент ионно-электронной эмиссии из соотношения g= j_еk / j_ik  = f(1—f). Усредненные результаты расчетов для разряда со стальными катодами представлены в табл. 3.

Полученные значения g позволяют заключить, что основным механизмом электронной эмиссии полости является фотоэффект, а в обычном отражательном разряде основную роль играют ионно-электронная эмиссия и выход электронов через окисные покрытия при оседании на них ионов.

Характеристики отражательного разряда с полым катодом. Свойства отражательного разряда с полым катодом вытекают из характеристик, приведенных на рис. 9.

При постоянном расходе газа катодные полости меньшего диаметра обеспечивают меньшее напряжение горения разряда, но требуют для возбуждения эффекта полого катода повышение тока и напряжения зажигания (I_кр, U_кр). Увеличение I_кр. обусловлено необходимостью уменьшения l_к согласно условию (31), а некоторое повышение U_кр вызвано понижением давления газа в промежутке между катодами вследствие уменьшения: пропускной способности катодной полости. При постоянном расходе напускаемого в эту полость газа и при постоянном давлении в ней существует оптимальное отношение l_п / d_п при котором так разряда с полым катодом достигает максимального значения, а напряжение горения — минимального. Оптимальное значение l_п / d_п не зависит от диаметра полости и составляет (l_п/d_п)опт = 7-9, что согласуется с результатами, полученными для дугового отражательного разряда с накаленным полым катодом [32].

Плотность плазмы при постоянном токе повышается при уменьшении окна в аноде. В разряде с полым катодом предпосылки для сокращения поперечных размеров анода создаются: благодаря тому, что режим горения разряда в основном определяется процессами в полости относительно малого диаметра d_п. Однако чрезмерное сокращение анодного окна уменьшает ток вспомогательного отражательного разряда, что затрудняет условия возбуждения эффекта полого катода. Экспериментально установлено, что в магнитном поле В<7*10^-2 Тл при давлении аргона между катодами р<5 • 10^-2 мм рт. ст. необходимо выполнять условие D³3d, где D — диаметр анода [27].

Отражательный разряд с полым катодом может существовать в двух формах, отличающихся состоянием прианодной плазмы [4]. При давлении ниже некоторого значения р_кр в промежутке между катодами появляется вращающаяся плазменная неоднородность, которая вызывает прерывистый ток на анод-ных зондах при постоянном разрядном токе. Скорость вращения плазмы уменьшается при увеличении массы атомов газа и давления и возрастает с увеличением напряженности магнитного поля. Частота вращения неоднородности (3,75—12,5) * *10⁵ Гц. В основных чертах это явление подобно вращению плазменного факела в дуговом разряде с полым катодом [33].

8. ЭЛЕКТРОННЫЕ ИСТОЧНИКИ НА ОСНОВЕ ПОПЕРЕЧНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА