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 40

Обнаружено, что при уменьшении тока с острия до некоторого предела и значительном расширении катодного факела его плазма перестает продвигаться к аноду. Очевидно, что необходимым условием остановки катодной плазмы является установление равенства между пропускной способностью промежутка, возрастающей по мере расширения факела, и эмиссионной способностью плазмы, которая снижается при уменьшении плотности плазмы. Схема ПИЭЛ, который обеспечивает релятивистский пучок длительностью в несколько микросекунд, приведена на рис. 56. Многоострийный катод диода имеет площадь 200 см², расстояние между катодом и анодом из алюминиевой фольги толщиной 70 мкм составляет 7—26 см. При таких расстояниях и соответствующем изменении амплитуды напряжения в пределах 0,4—1,5 MB ток электронов на коллектор составлял 5—2 кА с длительностью 4∙10^-8 с. Фотографии картины свечения в промежутке показывают, что при напряжении 1 MB и токе с острия менее 100 А плазма распространяется не более чем на 5 см. В отличие от режима коротких импульсов (3∙10^-8 с) при значительных
длительностях в пучке появляются нерегулярности, которые, как предполагается в работе, вызываются взаимодействием отдельных катодных факелов.

19. ПЛАЗМЕННЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ИСТОЧНИКИ С НЕЗАВЕРШЕННЫМ РАЗРЯДОМ ПО ПОВЕРХНОСТИ ДИЭЛЕКТРИКА В ВАКУУМЕ

К перспективным ПИЭЛ со взрывной эмиссией, в которых возбуждение плотной плазмы не зависит от ускоряющего напряжения, относятся источники с незавершенным разрядом по поверхности диэлектрика в вакууме (рис. 57). Основным элементом ПИЭЛ является диск 2 из титаната бария (BaTiO₃). С одной стороны к диску прижата металлическая игла 3 или сетка, а на другую сторону нанесен контактный слой серебра 1. Разряд возникает между слоем и иглой при подаче импульсного напряжения U_p, превышающего некоторое пороговое значение. Благодаря высокой диэлектрической проницаемости BaTiO₃ (ε>10³) напряжение зажигания разряда может составлять несколько сот вольт. В работе [128] показано, что при отрицательном острие разряд возникает при испарении диэлектрика под действием бомбардировки электронами, эмиттированными острием за счет автоэмиссии. Увеличение при этом тока приводит к взрыву острия. Плазма разряда создается в парах разрушенного поверхностного слоя диэлектрика.

После зажигания разряда плазма распространяется по поверхности диэлектрика со скоростью υ_d, которая при толщине диэлектрика δ≫υ_dτ_u выражается как υ_d=AU_р, где А=4,9 м/(В∙с) при положительной полярности иглы относительно контактного слоя и А=21 м/(В∙с) при отрицательной полярности. Одновременно с движением плазмы по диэлектрику происходит ее распространение в промежутке перпендикулярно поверхности диэлектрика со скоростью 2∙10⁴ м/с. Расширяющаяся плазма является эффективным эмиттером электронов, которые извлекаются и ускоряются с помощью положительного относительно иглы электрода 4. Начало эмиссии с точностью до 10^-9 с совпадает с возникновением плазмы у острия 3. Извлеченный из плазмы ток возрастает с увеличением напряжения U_p, что объясняется увеличением поверхности плазмы, эмиттирующей электроны.

Использование в ПИЭЛ вместо прижатого к диэлектрику острия мелкоструктурной сетки позволяет одновременно создать большое количество эмигрирующих центров за счет разрядов по поверхности диэлектрика в точках касания его сеткой и разрядов между сеткой и диэлектриком там, где касание отсутствует. При этом шунтирование отдельных разрядов предотвращается из-за замыкания тока каждого разряда токами смещения через емкость диэлектрика. В результате независимого действия отдельных разрядов возможно образование в течение малого времени порядка 10^-9 с большой эмиттирующей плазменной поверхности. При напряжении 50 кВ в ПИЭЛ с покрытым молибденовой сеткой катодом площадью 13,6 см² и межэлектродным расстоянием 14 мм получен электронный ток 2∙10³ А.