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 7

                                                                                                                                               (25)

3. При поступлении ионов в плазму положительного столба разряда с накаленным катодом можно определить  полагая, что основным процессом взаимодействия поступающих из ускоряющего промежутка ионов с плазмой является перезарядка. Тогда прирост концентрации электронов, вызванный этими ионами, можно выразить соотношением

,                                                                                                                                              (26)

где τ = (MR/2kT_eS₀)^1/2 – среднее время жизни иона в положительном столбе радиусом R; S₀ = 0,7722. Подставляя  =  из (26) в (18), получаем

.                                                                                                                                              (27)

5. ПРОХОЖДЕНИЕ ТОКА В ДИОДЕ С ПЛАЗМЕННЫМ КАТОДОМ И ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДИОДА НА ПОЛОЖЕНИЕ ЭМИТТИРУЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Вакуумный диод. Поскольку напряженность электрического поля у стационарной эмигрирующей плазменной поверхности равна нулю, а в слое пространственного заряда в вакууме присутствуют только электроны, связь между протяженностью слоя d, извлеченным из плазмы электронным током I и извлекающим напряжением U определяется законом «степени 3/2»

,                                                                                                                                               (28)

где S – площадь плазменного  катода; f(r) ≥1 – коэффициент, зависящий от геометрии диода.

Из эмиссионной (16) и вольт-амперной (28) характеристик диода следует, что

.                                                                                                                                               (29)

Несмотря на применение к стационарному отбору электронов из плазмы закона «степени 3/2», ток, протекающий в извлекающем промежутке, является током насыщения, так как наличие экстремума потенциала, ограничивающего ток, противоречит условию стационарности границы плазмы. Изменение извлекающего напряжения или плотности плазмы согласно (29) вызывает перемещение эмиттирующей плазменной поверхности, при котором на этой поверхности восстановится нулевая напряженность поля

Плазменная граница токоотбора в зависимости от n_e, Т_е, U может находиться в промежутке между эмиттерным электродом, имеющим эмиссионный канал, и извлекающим электродом в эмиссионном канале или в плазменной камере. Некоторые возможные ситуации показаны на рис. 2.

Рис. 2. Варианты отбора электронов из плазмы

Газовый диод. Ионизация газа в диоде изменяет распределение электрического поля в нем и, следовательно, его первеанс. Влияние типа эмиттера на распределение поля проявляется лишь через начальные скорости электронов, которыми при U>>(kT_e/e) обычно пренебрегают. При U>>(kT_e/e) и одинаковой длине промежутков первеансы диодов с термокатодом и плазменным эмиттером практически совпадают, что позволяет перенести результаты исследования токопрохождения в газовых диодах с термокатодом на диоды с плазменным эмиттером.

При ионизации газа в диодах с термокатодом протекает ток, существенно превышающий ток, рассчитанный по соотношению (28) для вакуумного диода. Это–следствие повышения первеанса диодов благодаря частичной компенсации объемного заряда электронов положительными ионами, образовавшимися в межэлектродном промежутке.

Зависимость тока плоского диода от напряжения, давления газа и длины промежутка можно получить в результате решения уравнения Пуассона с учетом пространственного заряда электронов и ионов

                                 (30)

где U_z – потенциал элементарного слоя dz на расстоянии z от катода; p– давление газа в диоде; – сечение ионизации газа электронами; U_z(z_i)=U_i.