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 55

Инжектор малогабаритного бетатрона разработан на основе диода со взрывной эмиссией электронов. В двухэлектродном инжекторе Керста в качестве катода используется цилиндр диаметром 1,8 мм из вольфрамовой фольги толщиной 20—30 мкм. Инжектор обеспечивает пучок с током до 1 кА при энергии электронов 200 кэВ и длительности импульса 2∙10^-9 с. Исследование энергетического распределения электронов в пучке показывает, что энергия большинства электронов лежит в пределах 50—180 кэВ.

На основе результатов экспериментов по извлечению электронов из отражательного разряда СВЧ-полем, провисающим через инжекционное отверстие резонатора, запущен микротрон с плазменным инжектором электронов, основанным на этом принципе. Вместо термокатода в инжекторе используется плазма отражательного разряда, горящего в магнитном поле микротрона. При расходе газа 60 см³/ч и напряжении разряда 2 кВ разрядный ток составляет 4 А в импульсе длительностью 3∙10^-5 с. Давление в вакуумной камере микротрона при этом равно 3∙10^-5 мм рт. ст. Ускоренный ток электронов с энергией 6 МэВ составляет 15 мА.

Плазменные источники электронов, как показано в гл. 6, обеспечивают в импульсном режиме наибольшие, по сравнению с другими эмиттерами, электронные токи. Поэтому они практически монопольно используются в сильноточных электронных ускорителях с токами I/10³ А. Искровой источник с рабочим веществом— органическим стеклом применяется в сильноточном ускорителе с одиночным резонатором на укороченной четвертьволновой коаксиальной линии. Отбор электронов из плазмы, образованной в шести разрядных промежутках, и ускорение производятся ВЧ-напряжением в зазоре резонатора длиной 70 мм. Длительность одиночных импульсов тока по основанию составляет 7∙10^-8 с. При максимальном напряжении 1,2MB электронный ток достигает 10³ А. Диаметр сечения пучка на выходе ускорителя составляет 1,5 см. Ускоритель применяется для получения тормозного γ-излучения при исследовании радиационных характеристик полупроводников.

Широкое применение нашли ПИЭЛ со взрывной эмиссией электронов в наносекундных сильноточных ускорителях прямого действия (НСУ). В отличие от тех ускорителей, где ПИЭЛ используются в качестве инжектора электронов в ускоряющую систему, в НСУ образование плазмы, отбор из нее электронов и их ускорение обычно осуществляются в одном и том же промежутке между холодным катодом и анодом. По существу НСУ обычно состоит из ПИЭЛ в виде диода и схемы его электрического питания. ПИЭЛ, преобразующее, накопительное и коммутирующее устройства объединяются конструктивно в одном баке. Электронный пучок НСУ используется непосредственно на аноде, выводится в вакуумную рабочую камеру через анодное отверстие или в газовую среду через тонкую фольгу, установленную в плоскости анода.

Параметры некоторых наносекундных сильноточных ускорителей со взрывной эмиссией электронов приведены в табл. 8.

                                                                                                             Таблица 8