Бесстолкновительные явления при наличии пространственного заряда, страница 17

2.10.        Показанная   на  рис.  2.19  система   извлечения  ионов состоит из мелкоячеистой    сетки с прозрачностью 75%. Если плазма поддерживается под потенциалом +1000 В, а сетка— под потенциалом — 100 В, то граница плазмы находится в 3 мм от сетки. Пучок ионов аргона Аr⁺, проходящий сквозь

в 3 мм от сетки, пучок ионов сетку, нейтрализуется далее электронами от эмиттера под нулевым потенциалом, который придает пучку, как плазме, нулевой потенциал. Предположим, что энергия ионов Аr⁺ на границе плазмы настолько мала по сравнению с падением потенциала 1000 В в ускоряющем промежутке, что в этой области применимо уравнение Чайлда—Ленгмюра.

а)            Каков сеточный ток на единицу площади?

б)            Каков ионный ток пучка за    сеткой    на единицу    площади?          в)   Изобразите    на миллиметровой бумаге график V(x)

от источника плазмы сквозь сетку и далее до плазменного пучка при V = 0. Сетку рассматривайте как бесконечно тонкую плоскость.

Раздел 2.8

Пусть поток  100-вольтовых электронов с плотностью тока 9 мА/см² инжектируется сквозь мелкие ячейки в направлении плоского    коллектора, отстоящего    на 5 мм и поддерживаемого под потенциалом V = 0⁺ (т. е. немного выше 0). Покажите, что возможны два решения и что одно из них соответствует полному отражению электронов,    а другое — нулевому отражению   (вольты  указаны  относительно  точки,  в которой кинетическая энергия электронов равна нулю).

Предположим, что в диод    задачи 2.9 инжектируется ток плотностью 30 мА/см² 100-вольтовых электронов. Изобразите J(V), где V — .напряжение на коллекторе, которое   изменяется от 0 до 100 В и обратно до нуля.

Раздел 2.9

2.13.        Плоский эмиттер    при температуре    2320 К создает плотность тока насыщения    J_s= 0,5 А/см².    Если этот эмиттер является катодом плоского диода   с зазором 1 мм, постройте график V(x) между катодом и анодом, когда через диод течет ток плотностью 0,05 А/см².

Для диода   задача   2.13   постройте   зависимость   J(V)при плотности тока,   изменяющейся   от нуля  до J_s.   На тот же график   нанесите    зависимость    J(V),   даваемую    уравнением Чайлда.

Если эмиттер, описанный в задаче 2.1, эмитирует ток20 мА/см² ионов Cs⁺при температуре  1000 К, найдите ограниченный пространственным    зарядом    ток, соответствующий ускоряющему напряжению   10 В   между  эмиттером   и   коллектором. Сравните с ответом задачи 2.1.

Раздел 2.10

2.16.        Катод в ртутном разряде работает при отрицательном потенциале 100 В относительно плазмы. Ток ионов Hg⁺ на катод равен 2 мА/см². Пусть ионы на границе плазмы имеют нулевую скорость, так    же как    и эмитированные    электроны. Найдите а)            ограниченную   пространственным   зарядом   эмиссию   катода;

б)            толщину прикатодного слоя, ограниченную пространственным зарядом.

Раздел 2.11

2.17.        Необходимо, чтобы пучок ионов Hg⁺ с энергией 10⁴ эВ и диаметром 2 см прошел сквозь отверстие диаметром 0,5 см, находящееся на расстоянии 20 см от плоскости старта. Каков максимальный     ток пучка,    при  котором    все ионы пройдут сквозь отверстие, при отсутствии компенсации объемного за ряда? К какой точке на оси будут стремиться ионы?