Распространение пучков с большим нормированным первеансом, страница 2

Вначале проблема нейтрализации решалась в лабораторных условиях посредством расположения термоэмиссионных эмиттеров электронов с накаленной нитью вблизи пучка, так что пучок мог отобрать нужный ток, имея небольшой положительный заряд. Мерой достижения нейтрализации по заряду и току должно было служить распространение пучка до коллектора, расположенного, например, за 2 м от источника; полный ток на коллектор должен был равняться нулю, т. е. положительный и отрицательный токи источника и электронных нейтрализаторов должны были быть равными. Ионный ток на коллектор можно было наблюдать по измерениям мощности и тяги на коллекторе.

Расположение электронных эмиттеров вблизи ионного пучка было затруднено из-за параметров ионных источников. Для достижения необходимых для электрореактивных двигателей значений к. п. д. и скоростей истечения требовались пучки тяжелых ионов (обычно использовались ионы Cs⁺ и Hg⁺) при энергиях в несколько килоэлектрон-вольт. Эти ионы обладают такой способностью к распылению, что помещенный вблизи пучка электронный эмиттер быстро эродировал бы даже от небольшого количества рассеянных ионов.

Проблема нейтрализации была решена Эрнстином и др., разработавшими нейтрализатор с плазменным мостиком. Этот нейтрализатор, предназначавшийся вначале для нейтрализации пучков ионов Cs⁺, показан на рис. 6.2. Малое количество паров цезия вводилось в полость небольшого нагретого до 600°С цилиндра, диаметр которого составляет обычно 0,64 см, а длина 3 см; при этом внутренние стенки полости становились очень хорошими эмиттерами электронов. Разряд возникал между анодом-пучком и полостью нагретого цилиндра. Электрод, названный охранным, несуществен во время стационарной работы, но помогает поджигу разряда. Он поддерживается под, положительным потенциалом и подсоединен через большое сопротивление, так что при функционировании потребляемый

Плазма в полом цезированном эмиттере находится под положительным потенциалом относительно стенок, так что из отверстия могут вылетать не только электроны, но и ионы; при этом между катодом и пучкам ионов образуется проводящий плазменный мостик. Как правило, диаметр выходного отверстия катода равен 0,013 см, так что расход цезия был очень малым. Доля эмитированных катодом атомов и ионов цезия составляла 2∙10^-3—10^-2 от числа электронов.

Катод поддерживался под потенциалом земли, равным потенциалу границ пучка, а сам пучок находился под положительным потенциалом 7 В и извлекал ток электронов, равный ионному току порядка ампера. В действительности катоды указанных размеров легко могут выдать ток 5 А при необычайно большой плотности тока 4∙10⁴ А/см² у отверстия, и создается впечатление, что это не предел.

Хотя полый катод особенно хорош при использовании цезия, поскольку в этом случае он является мощным эмиттером, потребляет очень мало энергии и имеет неограниченный ресурс работы, боязнь специфических свойств цезия препятствует его использованию с парами этого металла, за исключением случая, когда катод используется для нейтрализации пучков ионов самого цезия. Однако и при других типах эмитирующих поверхностей и при использовании других газов или паров полый катод является очень хорошим нейтрализатором и успешно зарекомендовал себя, например, в случаях, когда эмитирующая поверхность сделана из обычной композиции ВаО—CaO—SrO при подпитке парами ртути или при эмиттере из LaB₆ в паре с водородом. Эти катоды будут рассмотрены в разд. 7.12.