В дуговых электронных источниках наиболее часто используется контрагирование отверстием в промежуточном электроде. Электродная схема и структура такого разряда поясняются рис. 20. Сначала зажигается разряд между катодом 1 и промежуточным анодом 2. Электроны из прианодной плазмы вспомогательного разряда через канал в аноде 2 попадают в пространство между промежуточным и главным анодами и ускоряются в нем. В режиме, при котором горит лишь вспомогательный разряд, главный анод 3 по существу является зондом или извлекающим электродом. Ионы, образующиеся в результате ионизации электронами газа в промежутке между анодами, компенсируют электронный заряд и, поступая в плазму вспомогательного разряда, вызывают увеличение электронного тока в этом промежутке за счет ионно-электронной эмиссии плазмы. Повышение давления, напряжения между анодами или тока вспомогательного разряда приводит к увеличению ионного потока и эффективности отбора электронов из вспомогательного разряда. При достижении критических условий происходит пробой слоя пространственного заряда между плазмой вспомогательного разряда и главным анодом и перебрасывание разряда на последний.
Электронный ток в контрагирующем канале близок к току в широкой части разряда, поскольку электрод, в котором имеется такой канал, подсоединяется к источнику напряжения через ограничительное сопротивление. Однако условия протекания тока в контрагирующем канале отличаются от условий в широкой части разряда. Особенности разрядов с сужением разрядного канала рассмотрены Г. Г. Тимофеевой. Плотность тока в контрагирующем канале может на 1-3 порядка превышать плотность тока в катодной части разряда. В таком канале ионный ток меньше тока в катодной части. Это вызвано повышенными потерями ионов вследствие их радиальной диффузии на стенки канала. Кроме того, уменьшение ионного тока вызывается повышенным разрежением газа в канале, обусловленным суммарным действием переноса вещества ионами, передачи импульса от электронов молекулам и сопротивлением сужения протеканию газа.
Уменьшение ионного потока, выходящего из канала в катодную часть разряда, приводит к появлению на входе в канал области с нескомпенсированным отрицательным зарядом и значительной напряженностью электрического поля. Ускоренные в этой области электроны интенсивно ионизируют газ и непосредственно за ней создается избыточный положительный заряд. Образующиеся при этом распределения зарядов и потенциала проведены на рис. 20, б. Вблизи сужения возникает двойной электрический слой, который повышает напряжение горения контрагированного разряда, и позволяет пройти значительной части тока через узкий канал. Длина слоя составляет несколько дебаевских длин. Слой имеет полусферическую форму и поэтому фокусирует электроны, поступающие в него с относительно большой поверхности плазмы. Напряженность поля с обеих сторон слоя обычно равна нулю. В этом случае, если допустить, что входящие в слой электроны и ионы обладают начальными скоростями, равными нулю, то отношение плотностей электронного и ионного токов в двойном слое можно определить из решения уравнения Пуассона, впервые полученного Ленгмюром. Уточнение этого решения введением в уравнение Пуассона члена, учитывающего проникновение в слой электронов из анодной плазмы, дает
, (36)
где Uсл— падение потенциала в двойном слое; ne1 и Te1— концентрация и температура электронов в плазме с анодной стороны слоя.
Падение потенциала в двойном слое связано с параметрами плазмы соотношением [61]
, (37)
где ne2 и Тe2— концентрация и температура электронов в плазме с катодной стороны слоя. Обычно Uсл=20¸50 В.
Ускоренные в слое электроны обладают большой ионизующей способностью, поэтому с анодной стороны слоя возникает ярко светящийся плазменный сгусток с повышенной концентрацией и температурой заряженных частиц. Электроны в сгустке состоят из двух групп (см. рис. 20, в), одна из которых образована быстрыми электронами, прошедшими двойной слой, не испытывая неупругих взаимодействий с атомами, а вторая— медленными электронами, появившимися в результате ионизации атомов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.