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 22

4.  Возможность регулировки тока разряда вплоть до его погасания открывает эффективный путь управления током пучка ПИЭЛ, которое затруднено в мощных вакуумных пушках с термокатодом.

5.  В результате контрагирования разряда плотность тока, отбираемого из плазмы, может значительно превышать плотность эмиссионного тока термокатода.

Из плазменных источников заряженных частиц с термокатодом наиболее широкое распространение в качестве ионных источников получили дуоплазматроны. В дуоплазматронах производится двойное контрагирование разряда: отверстием в промежуточном электроде и неоднородным магнитным полем. При изменении полярности ускоряющего напряжения дуоплазматроны могут обеспечивать электронные пучки.

Схема дуоплазматрона приведена на рис. 21. Между накаленным катодом 1 и промежуточным анодом 2 при давлении газа порядка 10^-2 мм рт. ст. зажигается несамостоятельный разряд. В определенных условиях разряд перебрасывается через отверстие в промежуточном аноде на главный анод 3, положительный относительно промежуточного анода. При этом образуется контрагированный дуговой разряд. Перебрасывание разряда на главный анод происходит при пробое слоя отрицательного заряда между плазмой вспомогательного разряда и главным анодом. Контрагирование дуги в дуоплазматроне усиливается сильным неоднородным магнитным полем, которое создается между главным и промежуточным анодами, выполняющими роль полюсных наконечников магнитной цепи.

Разряд в дуоплазматроне имеет типичную для контрагированного разряда структуру. С катодной стороны канала в контрагирующем электроде (промежуточном аноде) возникает близкий к сферическому плазменный сгусток, который окружен двойным электрическим слоем, ускоряющим электроны и направляющим их в контрагирующий канал. Степень ионизации газа в промежутке между анодами дуоплазматрона может приближаться к 100%. Для снижения потока извлекаемых из разряда отрицательных ионов, распад которых увеличивает количество нейтралов, выходящих из разряда, предлагается использовать в качестве рабочего газа аргон и другие инертные газы. Извлечение электронов производится через отверстие в главном аноде с помощью извлекающего электрода 4.

Несколько мощных ПИЭЛ на основе дуоплазматронов непрерывного действия с накаленным катодом разработано во Всесоюзном электротехническом институте им. В. И. Ленина. Одна из конструкций показана на рис. 22, а. ПИЭЛ содержит накаленный вольфрамовый катод 1, промежуточный анод 2 и главный анод 3. Рабочий газ— аргон подается в полость промежуточного анода. Расход газа не превышает 10 см³/ч. Давление в разрядной камере составляет 4×10^-2—5×10^-1 мм рт. ст. Минимальное давление ограничивается возникновением обрывов дуги, максимальное— пробоями ускоряющего промежутка. Аноды разрядной камеры изготовлены из магнитной стали и служат полюсами электромагнита 4. При изменении тока разряда от 0,1 до 12 А напряжение горения дуги составляет 50—150 В. Электроны извлекаются из разряда через эмиссионное отверстие диаметром 0,8—1,5 мм и формируются в пучок в промежутке между главным анодом и
извлекающим электродом 5. ПИЭЛ устойчиво работает при токах пучка до 1,5 А и при ускоряющем напряжении до 30 кВ.

Вольт-амперные характеристики ПИЭЛ приведены на рис.23. Слабая зависимость тока от напряжения при высоких значениях последнего, типичная для плазменных источников заряженных частиц, объясняется стабилизацией поверхности токоотбора из-за трудности проникновения извлекающего поля через малое эмиссионное отверстие. Увеличение эмиссионного отверстия ограничивается допустимым с точки зрения возникновения пробоев давлением в ускоряющем промежутке, которое не должно превышать 10^-3 мм рт. ст. На рис. 24 даны газовые характеристики ПИЭЛ. Наблюдаемый при повышенных давлениях в вакуумной системе рост тока пучка при постоянном разрядном токе обусловлен рассмотренным в гл. 2 действием ионов, образующихся в результате ионизации газа электронным пучком.