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 28

Область сильного поля примыкает в высоковольтном разряде к поверхности, эмиттирующей электроны. В зависимости от того, является ли эмиттером поверхность катода или плазменная граница, различают разряд с плазменным анодом и разряд с плазменным катодом. Плазма в высоковольтном разряде образуется преимущественно в той области разрядного промежутка, куда затруднено проникновение сильного поля, поэтому первый и второй типы разрядов обычно реализуются использованием полых электродов подходящей геометрии. В связи с этим высоковольтный тлеющий разряд с плазменным анодом часто называют высоковольтным разрядом с полым анодом, а высоковольтный тлеющий разряд с плазменным катодом— высоковольтным разрядом с полым катодом.

Некоторые электродные системы, распределение в них электрического поля и потенциала без учета пространственного заряда и траектории электронов приведены на рис. 35.

Зависимость напряжения зажигания разрядов с полым катодом и полым анодом от давления газа (воздуха) дана на рис. 36. С увеличением неравномерности поля, определяемой отношением d/D, разница между напряжениями зажигания разряда в обеих системах возрастает.

Высоковольтный тлеющий разряд поддерживается за счет ионно-злектронной эмиссии катода, а также электронной эмиссии под действием бомбардировки катода быстрыми нейтралами, образовавшимися в результате перезарядки ионов. Кроме того, эмиссия, которая вызвана рентгеновским излучением, возникающим при торможении быстрых электронов на аноде, может иметь определенное значение. Относительный вклад этих процессов и поддержание разряда до настоящего времени исследован недостаточно. В ионизации газа в разряде существенную роль играют электроны, отраженные от анода. Однако в ПИЭЛ, использующих высоковольтный разряд, значительная часть электронного пучка обычно выводится через анодную апертуру за пределы разрядного промежутка, что уменьшает количество отраженных электронов и интенсивность рентгеновского излучения разряда.

Вольт-амперные характеристики систем с полыми катодом и анодом, а также плоскопараллельной системы приведены на рис. 37. Независимость напряжения горения разряда от тока при малых его значениях свидетельствует о том, что в этих условиях искажений электрического поля объемным зарядом незначительно и разряд можно отнести к простейшему тлеющему разряду. При значительных токах положительный объемный заряд усиливает неоднородность поля, что вызывает переход к плотному тлеющему разряду с положительной вольт-амперной характеристикой.

14. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РАЗРЯД С ПОЛЫМ АНОДОМ

В системе с полым анодом (см. рис. 35, а) область сильного поля находится вблизи катода. Аналогичное распределение поля возникает в приосевой области плоскопараллельного промежутка с отверстием в аноде (см. рис. 35,б). Электроны, эмиттированные катодом, приобретают в прикатодном пространстве значительную скорость вдоль оси системы, в результате чего траектории большинства из них почти прямолинейны, несмотря на дефокусирующее действие анодной апертуры. Ионы не могут приобрести больших скоростей вследствие большого сечения перезарядки и двигаются вблизи силовых линий. При низких давлениях условия зажигания и поддержания разряда выполняются лишь вдоль длинных электронных путей, совпадающих с наибольшим расстоянием между электродами. Это приводит к локализации разряда в приосевой области и образованию слабо расходящегося электронного пучка. Расчетные оценки показывают, что в типичных для ПИЭЛ условиях ослабление электронного пучка на пути от катода к аноду составляет 1—4%. Исследование энергетического распределения электронов в пучке разряда с полым анодом показало, что максимум кривой распределения практически соответствует приложенному напряжению и при 20 кВ отступает от него не более чем на 30 эВ. В некоторых случаях наблюдается небольшой второй пик, отстоящий от первого на потенциал ионизации рабочего газа. Для напряжений выше 10 кВ разброс электронов пучка по энергиям составляет менее 1% максимальной энергии.