При малом расстоянии между анодами плотность тока в плоскости главного анода оказывается близкой к плотности в контрагирующем канале и может достигать 104 А/см2. Если в главном аноде имеется отверстие, соосное с контрагирующим каналом, то через это отверстие можно извлечь в вакуум электронный ток, составляющий существенную часть от тока разряда.
Максимальный устойчивый ток контрагированного разряда ограничивается разрежением газа в контрагирующем канале, возрастающим с увеличением тока. Это возрастание разрежения обусловлено в основном повышением электронного давления
, (38)
где j— плотность электронного тока в канале.
Уменьшение плотности газа вызывает увеличение падения напряжения Uсл в двойном слое, что в свою очередь в соответствии с (38) ведет к дополнительному разрежению. Кроме того, при значительном росте Uслсечение ионизации газа электронами, прошедшими слой, начинает уменьшаться с увеличением энергии электронов, что также вызывает падение интенсивности ионизации газа и дополнительное возрастание Uсл. При токе выше некоторого критического значения Iкр процессы разрежения газа в контрагирующем канале и роста напряжения в двойном электрическом слое на входе в канал нарушают условия устойчивого горения разряда [64].
Максимальный устойчивый ток контрагированного сужением разряда
, (39)
где S=pdк2/4— площадь сечения контрагирующего канала или отверстия; ро— давление в контрагирующем канале или отверстии; а— коэффициент, зависящий от вида газа. Для паров ртути а=104 А/(см2×мм рт. ст.).
Поскольку ПИЭЛ с контрагированным разрядом обычно работают при постоянном напуске газа Q, давление в контрагирующем канале зависит от сопротивлений, которые оказываются протеканию газа каналом и эмиссионным отверстием в главном аноде.
При использовании (39) с учетом обычно выполняемого условия p≪p1, где р— давление в вакуумной камере за отверстием в главном аноде, a p1— давление в широкой части разряда между катодом и промежуточным анодом, получаем
, (40)
где K=dа/dк, dа, dк— диаметры отверстий в главном и промежуточном анодах.
Из (40) следует, что максимальный устойчивый ток разряда, контрагированного отверстием в промежуточном электроде, нe зависит от абсолютных размеров отверстий в анодах и определяется их отношением, а также расходом и видом газа.
Для ПИЭЛ тип газа не имеет принципиального значения, поэтому при использовании контрагированного разряда для получения электронных пучков целесообразно применять тяжелые газы. Это позволяет при заданном токе увеличить отношение диаметров отверстий по сравнению с его значениями, используемыми в протонных ионных источниках, и тем самым повысить в ПИЭЛ эффективность извлечения электронов из разряда.
Г. Г. Тимофеева показала, что после достижения критического тока Iкр, превышение которого нарушает устойчивое токопрохождение в сужении, дальнейший его рост вновь приводит при определенных условиях к переходу в устойчивый режим. Устойчивое протекание больших токов объясняется сжатием столба в сужении собственным магнитным полем. При возникновении пинч-эффекта шнур дуги занимает лишь часть сужения и с разрежением газа в области протекания тока перемещается в соседние области.
ПИЭЛ с накаленным катодом обладают определенными преимуществами перед вакуумными пушками. Основные из них состоят в следующем:
1. Использование эмиссионного канала малого диаметра позволяет защитить термокатод от бомбардировки ионами, поступающими из ускоряющего промежутка.
2. Отбор электронов с плазменной поверхности устраняет зависимость электронно-оптических свойств источника от степени эрозии термокатода.
3. Уменьшение обратной ионной бомбардировки катода позволяет использовать ПИЭЛ при более высоких давлениях в ускоряющем промежутке.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.