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 24

Во всех режимах работы ПИЭЛ наблюдается ВЧ-модуляция тока. При токах пучка, не превышающих 3—4 А, основная частота составляет 10⁵—10⁶ Гц. Зависимость глубины

модуляции тока пучка от ускоряющего напряжения представлена на рис. 27.

12. ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ С САМОСТОЯТЕЛЬНЫМ ДУГОВЫМ РАЗРЯДОМ

Напряжение горения дуги в дуоплазматронах составляет 20—100 В. За счет мощности, выделяемой в разряде, температуру катода можно значительно повысить. В дуоплазматроне с термокатодом, требующим мощность накала 70 Вт, после зажигания дуги с током 2 А при напряжении горения 71В разогрев катода продолжается и при выключенном накале. Самонакаливаемый катод в ПИЭЛ реализуется в дуоплазматроне на основе самостоятельной дуги с полым катодом в магнитном поле. Конструкция ПИЭЛ приведена на рис. 28. Полый катод 1 выполнен в виде тонкостенной танталовой трубки диаметром 3,2 мм, закрытой на выходном конце выступающей из нее танталовой втулкой с осевым каналом диаметром 1,6 мм. Рабочий газ— аргон напускается в катодную полость и через втулку поступает в разрядный промежуток, в результате повышается газовая экономичность ПИЭЛ и усиливается стабильность эмиссионного термопятна на катоде по сравнению с катодом, имеющим постоянный диаметр. Промежуточный анод 2 подсоединен к главному аноду 3 через сопротивление 50 Ом. Напряжение горения дуги составляет 30В, напряжение между анодами— 20В. Давление в пространстве распространения пучка на три порядка ниже давления в разряде. Извлекающее напряжение используется до 30 кВ, однако энергия электронов в пучке определяется потенциалом фокусирующего электрода и составляет 1—3 кэВ. Эмиссионная характеристика ПИЭЛ представлена на рис. 29. Совпадение характеристик при различном давлении свидетельствует об отсутствии влияния давления на распределение плотности плазмы в разряде, наблюдавшееся в дуоплазматроне с осцилляцией электронов (см. рис.25).

Тепловая инерция термокатодов делает необходимым непрерывный их нагрев независимо от режима токоотбора, поэтому в импульсных ПИЭЛ целесообразно использовать импульсные разряды с холодным катодом, потребляющие мощность только в период токоотбора. Большие токи можно получить с помощью дуговых разрядов низкого давления с катодными пятнами на холодных электродах. Чтобы применять такие разряды в ПИЭЛ, необходимо решить две основные задачи: создать условия для возбуждения дуги при низких давлениях и напряжениях и обеспечить стабильность параметров плазмы в области токоотбора при хаотическом перемещении катодных пятен. Первую задачу можно решить при использовании отражательного разряда, который, как было показано в гл. 3, относительно легко зажигается при низких давлениях и при значительных токах переходит в дугу с катодным пятном. Такой способ возбуждения дуги в импульсном ионном источнике впервые был применен М. Д. Габовичем, однако он не получил распространения из-за нестабильности пучка, извлекаемого через катодное отверстие пеннинговской электродной системы. Стабильную плазму в области токоотбора при перемещении катодных пятен можно обеспечить при использовании разряда, контрагированного отверстием в аноде пеннинговской электродной системы. Этот принцип был применен при создании ПИЭЛ различного назначения, конструкция одного из которых показана на рис. 30. Плазма генерируется в системе электродов, включающей трубку Пеннинга, образованную двумя катодами из магния 5 и прямоугольным медным анодом 2, и главный анод 4. Магнитное поле с индукцией 5×10^-2 Тл создается между катодами двумя постоянными магнитами 1, расположенными вне вакуумной камеры, с помощью магнитопроводов. Нижнюю плоскость прямоугольного анода образует крышка 3. Газ напускается через канал в верхней части анода. Расход газа составляет 20—60 см³/ч. При этом давление в пространстве дрейфа пучка равно 3×10^-5—10^-4 мм рт. ст. Электрическое питание разрядной камеры и извлекающего промежутка осуществляется или через активный делитель напряжения от одного модулятора, обеспечивающего импульсы длительностью 10 мкс с частотой 50 Гц, или разрядная камера запитывается от второго источника, работающего на той же частоте при длительности импульсов 20 мкс.