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 14

Имеются две принципиальные возможности извлечения заряженных частиц из отражательного разряда: вдоль магнитного поля через катодное отверстие и поперек—через отверстие в аноде. Обе используются в ионных источниках [1]. Однако отбор электронов из разряда в обоих случаях затруднен. Извлечению через катодное отверстие препятствует поле катодного падения потенциала, а через анодное отверстие — поперечное магнитное поле. Тем не менее к настоящему времени созданы эффективные ПИЭЛ обоих типов.

Сначала внимание обращали на продольное извлечение электронов через катодное отверстие [34—36]. Однако при этом не были выявлены достоинства и перспективы такого способа токоотбора, что привело к значительному перерыву в его исследовании и послужило одной из причин изучения поперечного извлечения электронов [22, 37, 38].

Использование  в  ПИЭЛ  поперечного   извлечения   требует одновременного выполнения двух противоречивых требований: необходимо обеспечить достаточное магнитное поле в разряде (обычно В³4·10^-2 Тл)   и устранить поле этого направления в области извлечения и ускорения электронов. Последнее необходимо для того, чтобы предотвратить значительные утечки: тока на ускоряющий электрод и отклонение пучка от оси извлекающей системы. Эти требования к магнитному полю можно обеспечить локальным ослаблением его поперечной составляющей в области токоотбора с помощью компенсирующих полей, полюсных наконечников определенной формы, а также ферромагнитных тел специальной формы, выполняющих роль магнитных экранов и изменяющих конфигурацию поля в соответствующей области.

Рис.   10.   Электродная   схема   ПИЭЛ с   поперечным   извлечением   электронов: 1 — анод;  2, 3-—катоды; 4 — ферромагнитная вставка;  5 — извлекающий электрод

В первых ПИЭЛ, основанных на извлечении электронов  из прианодной плазмы    отражательного   разряда,   использовали    пеннинговскую    электродную   систему с цилиндрическим анодом, а деформацию магнитного поля обеспечивали с помощью скошенных полюсных наконечников — катодов и ферромагнитного  извлекающего электрода [39, 40]. Однако в  дальнейшем [22, 41—44] стали использовать     электродную схему     (рис.     10).     Разрядная камера   источника   образована катодами    2    и    3,   которые одновременно являются полюсными наконечниками магнитной цепи, и анодом 1 в виде прямоугольной рамки. На полюсные наконечники для уменьшения напряжения горения  помещаются насадки из алюминия или магния. Газ напускается через  полость в катоде 3. Благодаря прямоугольной форме анода и сравнительно малой его длине обеспечиваются азимутальная и осевая неравномерности распределения плотность анодного тока с максимумом плотности в центре каждой анодной грани [26]. Электроны из разряда извлекаются через анодное отверстие в центре нижней грани. Дополнительно плотность плазмы в области эмиссионного отверстия увеличивается с помощью ферромагнитной анодной вставки 4, деформирующей магнитное поле у поверхности анода и в извлекающем промежутке. Конструктивно обеспечивается значительное превышение плотности тока в отверстии эмиссии над средней плотностью анодного тока.

 Система извлечения электронов из плазмы образована анодной пластиной с ферромагнитной вставкой 4 и ферромагнитным ускоряющим  (извлекающим)  электродом 5. Благодаря такому сочетанию анодной вставки и ускоряющего электрода поперечное к направлению извлечения пучка магнитное поле в извлекающем промежутке значительно ослаблено и не влияет существенно на токопрохождение. Кроме того, деформация магнитного поля приводит к появлению его продольной составляющей, способствующей извлечению электронов   и формированию   пучка.