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 60

Технические преимущества такого метода нагрева плазмы перед методом непосредственного протекания тока через ловушку состоят в том, что отпадает необходимость ввода в ловушку электродов и появляется возможность широкого и независимого изменения параметров электронного пучка и нагреваемой плазмы.

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 88. Между цилиндрическим магниевым катодом 1 и кольцевым анодом 2 зажигается стационарная вакуумная дуга. Плазма дуги через эмиссионное отверстие 3 проникает в промежуток между стенкой разрядной камеры и электродом 4. При токе дуги 100 А концентрация плазмы составляет 3∙10¹⁷ м^-3.

Электронный пучок с током 1—75 А возникает при подаче на заполненный плазмой промежуток напряжения 0,3—30 кВ положительной полярности относительно разрядной камеры. В зависимости от параметров источника питания наблюдаются устойчивый и неустойчивый (рис. 89) режимы протекания электронного тока. Исследования с помощью масс-спектрографа 5 показали, что в режиме колебаний при достижении некоторого предельного тока пульсаций происходит захват и ускорение ионов плазмы в направлении движения электронов. Энергия ускоренных ионов магния возрастает с увеличением ускоряющего напряжения, концентрации плазмы и диаметра эмиссионного отверстия, достигая 400 кэВ при ускоряющем напряжении 20 кВ. При устойчивом протекании тока ускорение ионов не наблюдается.

 

Сильноточные электронные пучки, которые в настоящее время могут быть обеспечены только ПИЭЛ, рассмотренными в гл. 6, используются для исследования свойств твердых тел. Импульсное облучение тел такими пучками позволяет наблюдать ряд качественно новых эффектов, которые не могут возникнуть при малых мощностях возбуждения. В частности, при использовании ПИЭЛ со взрывной эмиссией, который обеспечивает пучок с плотностью тока до 2∙10³ А/см², энергией 350 кэВ и длительностью (4÷30)∙10^-9 с, обнаружено хрупкое разрушение тел за один импульс. Такое разрушение не связано ни с электрическим пробоем, ни с нагревом твердых тел и вызывается неустойчивостью их исходной фазовой структуры при возникновении сверхплотных кооперативных возбуждений в результате облучения мощным электронным пучком.

Способность ПИЭЛ работать при более высоких давлениях газа, чем пушки с термокатодом, обеспечивает простую возможность проведения в газе экспериментов с электронными пучками, у которых требуемая энергия электронов недостаточна для их вывода в газ через фольгу. В гл. 5 описан предназначенный для исследования течений газа ПИЭЛ на основе затрудненного стянутого разряда (см. рис. 46), генерирующий электронный пучок при давлениях до 2,6∙10^-1 мм рт. ст. Использование сравнительно низкого вакуума 10^-4―10^-3 мм рт. ст. в этом случае облегчает визуализацию траекторий электронов.

В гл. 6 описан ПИЭЛ с плазменным катодом и плазменным анодом (плазменной линзой), в котором благодаря эмиссии ионов из анодной плазмы и заполнению плазмой анодного отверстия значительно увеличен первеанс и улучшено токопрохождение. Применение такого ПИЭЛ позволяет создать источник мощных импульсов длинноволнового рентгеновского излучения. ПИЭЛ рентгеновской трубки обеспечивает на антикатоде электронный пучок с током 50 кА при ускоряющем напряжении 80 кВ и длительности импульса по основанию 2∙10^-7 с при токопрохождении 90%. Источник позволяет получать импульсы тормозного излучения с эффективной энергией 15—20 кэВ и экспозиционной дозой 80 р при мощности доз 10⁹ р/с.