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 16

Рис. 13. ПИЭЛ на основе отражательного разряда с полым катодом [42]:

1 — анод; 2, 7—катоды; 3 — извлекающий электрод; 4 — фокусирующая линза; 5 — анодный  диск;   6 — ферромагнитная  вставка   (а)   или экспандер   (б);   8 — магнит                                                                                         

                                                                        р,ммрт.ст

Рис.   14.  Газовые характеристики  ПИЭЛ  [46]    при I_Р=0,1 А,  U = 8 кВ:

1, 2 — расчетные;     3— 6 — экспериментальные;   /,   3,  5 — В = 3,9- 10^-2 Тл; 2,4,6 — В=8* 10 ^-2 Тл

Благодаря декомпрессии плазмы и газа в экспандере устойчивость работы пушки при высоких напряжениях значительно повышается. Кроме того, массивный экспандер обеспечивает необходимое ослабление влияния магнитного поля рассёяния на формирование пучка при длине ускоряющего промежутка 10 — 12 мм. Энергетическая эффективность плазменного эмиттера при токе пучка 100 мА составляет 2 мА/Вт. В пушке применено водяное охлаждение разрядной камеры через промежуточный теплоноситель — трансформаторное масло, которое одновременно обеспечивает высоковольтную изоляцию. При фокусировке пучка магнитной линзой его диаметр в обеих пушках на расстоянии 100 мм от среза пушки составляет 0,8 мм на полувысоте распределения плотности тока по сечению пучка.

Импульсный режим работы пушек обеспечивается импульсным питанием разрядной камеры при постоянном или импульсном ускоряющем напряжении [22, 45]. Пушки могут работать, как в режиме отбора электронов из плазмы в вакуум, когда ионизационные процессы в извлекающем промежутке не влияют на их характеристики, так и в режиме, когда ионизация оказывается  существенной и вызывает значительную ионно-электронную эмиссию  из  плазмы.

Зависимость электронного тока от давления газа в ПИЭЛ    при постоянном разрядном токе приведена на рис. 14 [46]. Поскольку предварительные зондовые измерения показали, что в исследуемом диапазоне давлений при отсутствии ускоряющего   напряжения распределение плотности тока  в   разряде    существенно    не меняется, можно    рассматривать зависимость   тока   от   давления при   р>3*10 ^-3  мм   рт.ст.   как следствие     возмущения    плазмы разряда  ионами,     поступающими   из     ускоряющего     промежутка. При исключении пространства за извлекающим   электродом   газовая характеристика ПИЭЛ практически не меняется.

Вольт-амперные характеристики ПИЭЛ приведены на рис. 15. При малых ускоряющих напряжениях U граница токоотбора1 расположена между анодом разрядной камеры и извлекающим, электродом (cм. рис. 2, а). При этом с увеличением напряжения ток растет при уменьшении потерь электронов на электродах камеры; характеристики, соответствующие различным давлениям, совпадают при низкой интенсивности ионизации из-за малого промежутка между плазмой и извлекающим электродом и низких давлений в этом промежутке. С увеличением U эмитирующая плазменная поверхность смещается к разрядной камере. При U = 0,7—1 кВ наблюдается перегиб характеристик, обусловленный прохождением границей токоотбора эмиссионного отверстия (см. рис. 2, б). Различие характеристик (1, 3 и 2, 4), соответствующих различным давлениям, при повышенных напряжениях объясняется ростом ионизационных процессов, в промежутке ускорения за счет увеличения его протяженности, а также повышения средней плотности газа при смещении эмитирующей поверхности плазмы в область более высоких давлений.