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 44

Осциллограммы полного электронного тока, извлеченного из плазмы, и тока на цилиндр Фарадея при U=20 кВ, длине ускоряющего промежутка l=10 мм и максимальном токе в искре I_р=2 кА даны на рис. 64. Как и в работах, здесь наблюдаются три стадии протекания тока в промежутке: в первой стадии длительностью l,3∙10^-6 с ток относительно невелик, его возрастание чередуется со спадами и паузами, несмотря на непрерывное возрастание тока искры, и сопровождается колебаниями; во второй происходит значительное ступенчатое увеличение тока в течение 4∙10^-7 с и постепенное уменьшение напряжения, ток достигает 10³ А при средней плотности тока эмиссии 100—250 А/см²; в третьей наступает пробой ускоряющего промежутка, напряжение спадает почти до нуля и возникает двуполярная

проводимость.

Зависимости извлеченного из плазмы электронного тока I₁ в первом максимуме и максимального тока I₂ во второй стадии от ускоряющего напряжения при разных токах искры, а также соответствующие характеристики тока I_ц1 и I_ц2 на цилиндр Фарадея приведены на рис. 65. Как и в ПИЭЛ на основе отбора электронов из плазмы стационарных низковольтных разрядов, увеличение электронного тока с ростом тока искры объясняется повышением плотности плазмы, эмиттирующей электроны в ускоряющий промежуток, и одновременным увеличением первеанса промежутка в результате расширения плазмы. Рост тока на цилиндр Фарадея в первой стадии с увеличением напряжения (см. рис. 65, б) при постоянном извлечении тока (см. рис. 65, а), а также уменьшение тока на цилиндр Фарадея при удлинении ускоряющего промежутка позволяют заключить, что в обоих случаях причиной перераспределения тока между цилиндром Фарадея и ускоряющим электродом является влияние на фокусировку пучка положения и формы эмиттирующей плазменной поверхности. С увеличением напряжения и укорочением ускоряющего промежутка эта поверхность приближается к разрядной камере и становится более вогнутой. Эффективность извлечения электронов в первой стадии при I_р=4 кА с увеличением напряжения возрастает α=10÷45%.

Экспериментально измеренная расходимость электронного пучка намного меньше расчетной расходимости. Энергетический спектр искрового ПИЭЛ оказывается широким, причем максимальная энергия электронов достигает 3eU, что связано с возникновением перенапряжения на промежутке при развитии неустойчивостей.

На основе искрового источника плазмы, разработанного А. А. Плютто , был также создан ПИЭЛ (рис, 66). Основной конструктивной особенностью источника является подача в искровой промежуток с помощью пружины 6 рабочего тела в виде трубки 2 из оргстекла по мере ее сгорания в разряде. Кроме того, для улучшения фокусировки пучка использован изолированный эмиттерный электрод 4, находящийся под плавающим потенциалом. Ускоряющее (извлекающее) напряжение прикладывалось между диафрагмой 3 и ускоряющим электродом 5, а разрядное напряжение— между анодом 1 искрового промежутка и диафрагмой 3. Крутизна импульса электронного тока растет при задержке импульса ускоряющего напряжения относительно импульса разрядного тока. При ускоряющем напряжении U=60 кВ максимальный ток электронного пучка составляет I=600 А длительностью до 10^-6 с.

Токопрохождение в ПИЭЛ с искровыми источниками плазмы улучшается при использовании плазменной линзы, расположенной в области отверстия в ускоряющем электроде Принцип действия такой линзы в ПИЭЛ применительно к диоду со взрывной эмиссией рассматривался выше. В искровом ПИЭЛ с плазменной линзой (рис. 67) отбор электронов производится с развитой поверхности плазмы, заполняющей экспандер 2. Импульс ускоряющего напряжения между электродами 2 и 5 подается с задержкой (0,6—1,5)∙10^-6 с относительно синхронно запускаемых искровых источников плазмы 1 и 4. ПИЭЛ обеспечивает при напряжении 100 кВ пучок с током 50 кА длительностью 2∙10^-7 с при коэффициенте токопрохождения 90%.