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 18

В работе [36] исследовалось продольное извлечение электронов из отражательного разряда при различных сочетаниях материал катода - газ. Для формирования пучка применяли оптику Пирса, которая создается эмиттерным катодом разрядной камеры, извлекающим электродом и цилиндром Фарадея. Максимальный стабильный электронный ток, полученный в системе с танталовыми катодами, не превышал 2 мА.

Эти исследования не могли служить основой для разработки приемлемых для практического использования ПИЭЛ, однако они выявили некоторые характерные особенности источников такого типа. В частности, установлено, что источники, использующие пеннинговскую разрядную камеру с плоским катодом, при малых разрядных токах обладают низкой эффективностью извлечения электронов. Разрядный и извлеченный токи зависят от разности потенциалов U_К1-_К2 между катодами, причем минимальным значениям обоих токов соответствует равенство потенциалов катодов. Повышение потенциала эмиттерного катода приводит в конечном итоге к погасанию разряда, а понижение его потенциала — к переходу разряда в дуговой режим.

В последние годы были проведены исследования, выявившие возможность эффективного продольного извлечения электронов из отражательного разряда с полым катодом, и разработаны электронные пушки, использующие этот

принцип [48—-51]. Экспериментальная схема и зависимость тока частиц, выходящих через катодное отверстие, от разрядного тока в отсутствие извлекающего напряжения приведены на рис. 17, При малых разрядных токах преобладает ионный ток, поскольку в этих условиях у эмиссионного отверстия существует препятствующее выходу электронов катодное падение потенциала. Из разряда могут выйти лишь те электроны, которые эмиттированы полым катодом и, прошли без соударений промежуток между катодами, сохранив начальную энергию, которую они имели при выходе из металла в газ. Кроме того, через катодное отверстие могут выйти «аномальные» электроны [52],получившие необходимую энергию за счет колебаний в разряде.

При некотором критическом разрядном токе характер тока на выходе через катодное отверстие меняется скачком. Ионный ток сменяется значительным электронным током (кривая 1 на рис. 17). Снижение разрядного напряжения заменой стальных катодов магниевыми уменьшаёт критический ток (кривая 2). Если перекрыть катодное отверстие мелкоструктурной сеткой то разрядный ток, при котором ионный сменяется электронным, увеличивается и устраняется скачок выходного тока (кривая 3). Совокупность экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том, что эффективный продольный выход электронов происходит при разрыве катодной ионной оболочки перед эмиссионным отверстием, т. е. при выполнении условия /_к≤г_э где г_э—радиус эмиссионного отверстия, После разрыва катодной оболочки происходит отбор электронов из плазмы, проникающей из разрядного промежутка в эмиссионный канал.

Конструкция одной из электронных пушек [49] с продольным извлечением электронов приведена на рис. 18. Высоковольтный ввод этой пушки аналогичен примененному в ПИЭЛ с поперечным извлечением (см, рис. 13,6). Разрядная камера образована катодами 1,3и цилиндрическим анодом 2. Полый катод 1, как  и в ПИЭЛ с поперечным извлечением, обеспечивает значительные разрядные токи при относительно низких напряжениях  и расходах газа и, кроме того, создает высокую плотность плазмы  в  области  эмиссионного  отверстия,   которое  находится  в катоде 3 на одной оси  с катодной  полостью.  Симметричное расположение катодной  полости в отличие от    смещенной полости    в ПИЭЛ с поперечным    извлечением    облегчает условия возбуждения эффекта полого катода. Экспандер 4 не только    повышает   электрическую прочность извлекающего промежутка, но и    ослабляет влияние ускоряющего поля на режим горения разряда. Пушка работает при напряжении до 50 кВ, обеспечивая    пучок с током до 200 мА при эффективности извлечения,      равной 5б%.