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 39

Оригинальный метод улучшения характеристик ПИЭЛ на основе взрывной эмиссии реализован в работе. Суть метода состоит в предварительном создании плазмы (плазменной линзы) в отверстии ускоряющего электрода диода со взрывной эмиссией. Схема ПИЭЛ с плазменной линзой приведена на рис. 54. В источнике испытывались различные катоды: металлические, диэлектрические и комбинированные. На рис. 54 показан один из комбинированных катодов, состоящий из легкоиспаряющихся диэлектрических элементов 1, запрессованных в металлическую подложку 2. В анодном кольце диода 3 равномерно размещены искровые источники плазмы 4. Ускоряющее напряжение подается на диод с задержкой (1÷3) 10^-6 с относительно момента поджига искровых промежутков. Несмотря на относительно большой размер выходного отверстия в ускоряющем электроде, это отверстие не оказывает дефокусирующего действия на электронный пучок, поскольку ускоряющее напряжение прикладывается между катодом и плазменной поверхностью (пунктир на рис. 54). Ускоряющий промежуток сужается плазменной линзой, что позволяет получать значительные электронные токи при относительно невысоком напряжении. Эмиттированные плазмой ионы компенсируют пространственный заряд пучка и, бомбардируя катод, повышают его эмиссионную способность и облегчают образование катодной плазмы. При напряжении U=60 кВ получен электронный пучок с длительностью импульса 2∙10^-7 с и током 50 кА при коэффициенте токопрохождения 96%.

ПИЭЛ на основе взрывной эмиссии, работающие при высоких напряжениях в режиме отбора больших токов, имеют существенные преимущества перед электронными источниками, использующими автоэмиссионные катоды. Эти преимущества заключаются в следующем:

1)  взрывная эмиссия обеспечивает при той же геометрии электродов большие токи, поскольку вызывающее эмиссию поле положительного пространственного заряда в слое между катодом и плазменным факелом может значительно превышать поле у поверхности острия перед его взрывом;

2)  ток диода со взрывной эмиссией, определяемый в основном первеансом, а не эмиссионной способностью катода, меньше зависит от микрогеометрии эмиттера и вакуума в системе. К основным недостаткам таких ПИЭЛ следует отнести:

а)   малую продолжительность непрерывного отбора тока, которая ограничивается временем заполнения плазмой промежутка;

б)   отсутствие возможности раздельного управления моментом возникновения эмиссии, током ПИЭЛ и напряжением, поскольку напряжение, приложенное к промежутку, служит для ускорения электронов и для возбуждения взрывной эмиссии.

Для увеличения длительности импульса тока удлиняют промежуток, тормозят катодную плазму с помощью магнитного поля и затрудняют условия образования анодной плазмы. Схема ПИЭЛ, в которой используется цилиндрический анод и магнитное поле с индукцией 8∙10^-1 Тл, параллельное оси катод— анод и имеющее в ускоряющем промежутке между коническими поверхностями составляющую, поперечную к направлению распространения катодных факелов, приведена на рис. 55. При диффузии катодной плазмы поперек магнитного поля скорость движения факелов снижается до 1,5∙10⁴ м/с по сравнению со скоростью 5∙10⁴ м/с в продольном магнитном поле. В результате получается электронный пучок с током 8 кА при напряжении 250 кВ длительностью около 10^-6 с. В неоднородном магнитном поле при расстоянии между катодом и анодом 75 мм при напряжении 300 кВ получен электронный пучок с амплитудой тока 1 кА длительностью импульса 5∙10^-6 с.