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 58

В гл. 5 рассматривается ПИЭЛ, в котором импульсный электронный пучок с большим поперечным сечением генерируется высоковольтным тлеющим разрядом с плоскопараллельными электродами, имеющими размеры, соответствующие требуемому сечению пучка (см. рис. 47). ПИЭЛ обеспечивает пучок .длительностью импульса 2∙10^-5 с сечением 15×15 см² и плотностью тока 1 А/см² при напряжении между электродами 150 кВ.

Объемный разряд высокого давления возбуждают электронным пучком из высоковольтного разряда низкого давления между коаксиальными цилиндрами. Разряд длительностью 10^-6 с горит при напряжении между цилиндрическими электродами 120 кВ в гелии при давлении 10^-2 мм рт. ст. и обеспечивает электронный ток 16 А при плотности электронного тока на катоде 4,25 мА/см².

Преимуществом ПИЭЛ с высоковольтным разрядом по сравнению с другими электронными источниками, применяющимися в лазерной технике, является чрезвычайная простота конструкции и схемы электрического питания. Однако эти источники обладают недостаточным инерционным управлением током пучка (с помощью давления), относительно широким энергетическим спектром электронов и работают при напряжениях U/150 кВ лишь на относительно коротких импульсах вследствие перехода при больших длительностях высоковольтного тлеющего разряда в низковольтную дугу. Безынерционного управления током в широких пределах и сужения энергетического спектра электронов пучка можно достигнуть при использовании .ПИЭЛ с извлечением электронов из низковольтных разрядов. Схема электронной пушки с плазменным катодом, предназначенной для возбуждения электроионизационных лазеров и обеспечивающей пучок с прямоугольным сечением 1033 см², приведена на рис. 84. Низковольтный тлеющий разряд возбуждается между полым катодом 1 глубиной 5,9 см и сечением 13,733,6 см² и сетчатым анодом 3. Для улучшения условий зажигания низковольтного разряда низкого давления используется подготовительный разряд, который возбуждается в результате приложения в течение 10^-6 с напряжения 800 В между полостью и поджигающим электродом 2 в виде тонкого стержня. В качестве рабочего газа применяют гелий, обеспечивающий малое распыление электродов и достаточную электрическую прочность ускоряющего промежутка. Напряжение горения разряда при давлении (1÷3)∙10^-2 мм рт. ст. и токе 0,2—3 А составляет 400—800 В. Ускорение электронов до энергии 150 кэВ происходит в промежутке длиной 2,5 см между сеткой 4 и фольгой 5, через которую электроны поступают в лазерную камеру. Сетка 4 служит для управления током пучка при постоянных токе разряда и ускоряющем напряжении. Кроме того, промежуток между сетками 3 и 4 длиной 0,8 см отделяет область разряда от пространства ускорения, благодаря чему уменьшается влияние ускоряющего напряжения на разряд. Увеличение ускоряющего напряжения требует снижения потенциала управляющей сетки для сохранения постоянного тока лучка. При потенциале сетки 4 относительно анода— 90 В происходит практически полная отсечка тока.

ПИЭЛ обеспечивает пучок с плотностью тока до 1 А/см² при длительности импульса 10^-4 с и 0,7 мА/см² в непрерывном режиме. Распределение плотности тока в сечении пучка в плоскости фольги при ускоряющем напряжении 60 кВ дано на рис. 85. Измерение энергетического распределения электронов в центре пучка при напряжении 50 кВ и плотности тока 146 мА/см² показывает, что пик в распределении, к которому относится 90%электронов, имеет ширину 1,4 кэВ на полувысоте. При ускоряющем напряжении 100 кВ через титановую фольгу толщиной 13,8 мкм проходит (50±6)% пучка.

			Рис. 86. Конструкция и схема питания ПИЭЛ с широким пучком: 1— катоды; 2— анод; 3— главный анод; 4— экспандер; 5— камера; 6— окно; 7— коллектор; 8— ГИН; 9— источник питания линии; 10— формирующая линия; 11— изолятор