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 56

Конструктивная схема ускорителя «Синус», который при ускоряющем напряжении 10⁶ В обеспечивает электронный пучок с током 3∙10⁴ А длительностью 4∙10^-8 с, приведена на рис. 81. Основными узлами ускорителя являются вакуумный диод с катодом 1, источник высокого напряжения 2, которым служит импульсный трансформатор, коммутатор 3 в виде двойной формирующей линии, заполненной касторовым маслом, и коммутатор 4, представляющий двухэлектродный разрядник с азотом при давлении 1—3 атм. На рис. 81, б показаны типы используемых в ПИЭЛ холодных катодов. В диоде применены конический изолятор 5 из органического стекла и анод в виде титановой фольги, через которую электронный пучок проходит в трубку дрейфа. Расстояние между катодом ПИЭЛ и анодом составляет 7—9 мм. Одна из особенностей ускорителя состоит в том, что управление коммутатором 4 осуществляется инжекцией электронного пучка через фольгу, причем пучок обеспечивается вспомогательным ПИЭЛ со взрывной эмиссией электронов. В качестве вспомогательного ПИЭЛ для запуска коммутатора в режиме искрового разряда используется источник с током 10 А при ускоряющем напряжении 2∙10⁵ В и длительности импульса 10^-8 с, а для запуска в режиме объемного разряда— сильноточный ускоритель с током пучка 4∙10³ А при напряжении 5∙10⁵ В и длительности 2∙10^-8 с.

В настоящее время сильноточные релятивистские пучки электронов, получаемые ПИЭЛ со взрывной эмиссией электронов, применяются для генерации мощных импульсов электромагнитного излучения, в исследованиях по коллективному ускорению ионов и инициированию термоядерных реакций, а также в некоторых других случаях.

27. ПРИМЕНЕНИЕ ПИЭЛ В КВАНТОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ

Одним из интенсивно развивающихся применений ПИЭЛ является использование их для возбуждения объемных газовых разрядов высокого давления в электроионизационных лазерах, которые перспективны с точки зрения получения больших энергий излучения. Основными особенностями электронных источников для этих целей являются большая площадь сечения пучка (10—10^-4 см²) с однородным распределением плотности тока по сечению и вывод пучка из вакуума или газа низкого давления в газ высокого давления.

К этим преимуществам относятся: простота конструкции, обусловленная, в частности, отсутствием накаленных тонкостенных элементов; нечувствительность эмиттера к загрязнениям и прорывам атмосферы при неизбежных периодических разрушениях фольги, через которую электронный пучок проходит в лазерную кювету; малое время готовности ПИЭЛ, определяемое временем зажигания разряда, обычно не превышающим 10^-6 с; высокая энергетическая эффективность и обеспечение импульсной эмиссии, благодаря использованию импульсного разряда; низкая стоимость.

Необходимость прохождения электронного пучка через фольгу ограничивает нижний предел ускоряющего напряжения ПИЭЛ примерно 100 кВ. Необходимый ток пучка при требуемой энергии излучения в импульсе зависит от его длительности.

Чтобы обеспечить высокие импульсные мощности излучения, необходимо использовать пучки с большими токами, которые в настоящее время проще всего получить с помощью ПИЭЛ на основе взрывной эмиссии электронов (см. гл. 6). Обычно в этих случаях требуются пучки с током 10³—10⁴ А, плотностью тока 1—10 А/см² и энергией электронов (2÷5)∙10⁵ эВ при длительности импульса 10^-9—10^-6 с. В качестве катодов ПИЭЛ со взрывной эмиссией для возбуждения объемных разрядов используются острия из проволоки, лезвия или полосы из тонкой фольги, а также пилообразные эмиттеры из фольги, изготовленные методом фотолитографии или штамповки.