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 42

В случае возникновения в поджигающем промежутке сильноточной дуги (I_д/50—100А) из нее вглубь ускоряющего промежутка распространяется плазма со скоростью ~10⁴ м/с При небольших токах (I_Д<10А) происходит распространение газовой волны, обусловленной десорбцией газа из электродов поджигающего промежутка и испарением материала этих электродов в дуге. При этом в ускоряющем промежутке обычно развивается разряд, который при своем формировании проходит через две основные фазы (рис. 59). В первой фазе— высоковольтной, имеющей длительность t=t₁+t₂, в промежутке сохраняется высокое напряжение, ток разряда относительно невелик, на ускоряющий электрод поступает электронный пучок и генерируется рентгеновское излучение. Во второй фазе— плазменной— напряжение резко спадает, ток увеличивается, существование ускоренного пучка прекращается, в промежутке зажигается низковольтный разряд.

Для ПИЭЛ рабочим режимом является высоковольтная фаза импульсного разряда. Эта фаза имеет две стадии: стадию предразрядных импульсов длительностью t₁ и стадию газосфокусированного луча длительностью t₂. В стадии предразрядных импульсов подготавливаются условия для самостоятельного разряда при полном напряжении на промежутке. Ток при этом представляет серию последовательных импульсов. В стадии газосфокусированного луча существенное значение имеют ионы, накопившиеся в промежутке за время предразрядных импульсов. Напряжение при этом составляет около 70% полного напряжения. В промежутке проходит электронный пучок повышенной плотности, о чем можно судить, в частности, по рентгенограммам пучка за ускоряющим электродом.

Время формирования разряда в ускоряющем промежутке, в течение которого ток нарастает до максимального значения, практически равно длительности высоковольтной фазы разряда (t≈t=t₁+t₂). При давлении остаточного газа р>4,5∙10^-4 мм рт. ст. и параметрах схемы С=0,1 мкФ, R=l,5 кОм и U=30 кВ увеличение давления приводит к сокращению длительности формирования разряда в основном за счет стадии предразрядных импульсов. После того как длительность этой стадии достигает t<10^-7 с, начинается сокращение стадии газосфокусированного луча. При p=10^-2 мм рт. ст. длительность высоковольтной фазы разряда не превышает t₁+t₂≈10^-7 с. При давлении р=4∙10^-6—10^-5 мм рт. ст. и R=45 кОм длительность первой стадии составляет t=(1—2)10^-4 с. С помощью тренировки катода это время можно было довести до нескольких миллисекунд. Увеличение тока пучка и сокращение длительности высоковольтной фазы разряда происходит при уменьшении сопротивления резистора R_П в цепи поджигающего электрода. Последнее вызывает повышение плотности плазмы в искре и усиление газоотделения электродов и испарения их материала.

Зависимости времени формирования разряда t_ф и амплитуды тока I₀ от давлении различных газов, амплитуды ускоряющего напряжения и длины промежутка даны на рис. 60. Ток пучка возрастает, а длительность его существования уменьшается с повышением давления (см. рис. 60, а), увеличением массы (сечения ионизации) атомов газа (см. рис. 60, а), усилением газоотделения из искрового промежутка, т. е. во всех случаях увеличения скорости нарастания концентрации плазмы, создаваемой электронным пучком, и плотности положительного заряда в ускоряющем промежутке. Независимость тока от длины ускоряющего промежутка (см. рис. 60, в) и получение токов, намного превышающих значения, соответствующие первеансу этого промежутка, свидетельствуют о том, что при формировании высоковольтного разряда напряжение оказывается приложенным в области, протяженность которой меньше длины ускоряющего промежутка. Это можно объяснить нейтрализацией отрицательного пространственного заряда в значительной части промежутка и приближением эмиттирующей поверхности катодной плазмы к ускоряющему электроду.