RU1706329C - Способ формирования электронных пучков с помощью взрывоэмиссионной электронной пушки - Google Patents
Способ формирования электронных пучков с помощью взрывоэмиссионной электронной пушки Download PDFInfo
- Publication number
- RU1706329C RU1706329C SU4633682A RU1706329C RU 1706329 C RU1706329 C RU 1706329C SU 4633682 A SU4633682 A SU 4633682A RU 1706329 C RU1706329 C RU 1706329C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- cathode
- current
- penning discharge
- penning
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к устройствам генерирования сильноточных электронных пучков (СЭП) и может быть использовано для формирования СЭП с различной формой поперечного сечения. Цель изобретения - повышение однородности плотности тока и стабильности параметров формируемого пучка. При осуществлении способа взрывоэмиссионную пушку нагружают во внешнее магнитное поле, создаваемое соленоидом 6. Создают анодную плазму с помощью низковольтного пеннинговского разряда. Длительность горения пеннинговского разряда выбирают из условия t2≅120M1/2P , где М - масса атома рабочего газа, г; P - давление рабочего газа, мм рт. ст. Подают на катод 4 от ГИН биполярный импульс напряжения и формируют сильноточный элекронный пучок. При реализации способа нестабильность тока пучка не наблюдалась и после 1·106 импульсов. 5 ил.
Description
Изобретение относится к технике генерирования сильноточных электронных пучков (СЭП) и может быть использовано для формирования и транспортировки импульсных СЭП с различной формой поперечного сечения.
Целью изобретения является повышение однородности плотности тока и стабильности параметров формируемого пучка.
На фиг. 1 приведена конструктивная схема устройства реализации способа; на фиг. 2, 3, 4 и 5 - фотографии отпечатков пучка на винипрозе и характерные осциллограммы плотности тока, полученные в сравнительном эксперименте.
Устройство реализации способа содержит кольцевой анод 1 и сетчатые молибденовые катоды 2 и 3, которые образуют газоразрядную пенинговскую ячейку. Катод электронной пушки 4 образует с сетчатым катодом 2 пеннинговской ячейки ускоряющий промежуток. Электроны пучка поглощаются коллектором 5 (при удалении сетчатого катода 3 коллектор 5 может являться одним из катодов ячейки). Секционированный соленоид 6 создает магнитное поле напряженностью до 2 кЭ, служащее одновременно для зажигания пеннинговского разряда и для транспортировки формируемого пучка.
Вакуумный кожух 7 устройства снабжен каналом 8 для напуска рабочего газа.
Устройство также содержит генератор импульсных напряжений (ГИН) 9, блок питания пеннинговского разряда (БПР) 10 и схему синхронизации 11.
При осуществлении способа пушку погружают во внешнее магнитное поле, создаваемое соленоидом 6. Далее создают анодную плазму с помощью низковольтного паннинговского разряда. Для этого по каналу 8 подают рабочий газ и включают БПР.
При этом длительность горения пеннинговского разряда выбирают из условия t2 = 120 М1/2Р, где М - масса атома рабочего газа, г; Р - давление рабочего газа, мм рт. ст.
При подаче на катод 4 от ГИН 9 биполярного импульса напряжения формируют сильноточный электронный пучок.
Повышение одновременности плотности тока и стабильности параметров формируемого пучка объясняется лучшей однородностью распределения концентрации плазмы, создаваемой импульсным пеннинговским разрядом, вследствие объемного характера ионизации газа в таком разряде. Напротив, искровые источники плазмы являются точечными и генерируют плазму отдельными сгустками в течение импульса тока искрового разряда.
Плотность тока СЭП, формируемого в двойном слое между катодной и анодной плазмами, определяется параметрами анодной плазмы jе = ji (М / m1/2), (1) где ji = 0,4еna (2КTe / M)1/2, (2) где ji - плотность ионного тока насыщения анодной плазмы; na - концентрация плазмы; Те - температура электронов плазмы; m и М - масса электрона и иона соответственно; е - заряд электрона; К - постоянная Больцмана. Поэтому неоднородность и нестабильность анодной плазмы приводит к неоднородности и нестабильности параметров формируемого пучка.
Длительность горения импульсного пеннинговского разряда выбирается из определенного условия. Это связано с тем, что через определенное время импульсный пеннинговский разряд может перейти из режима тлеющего разряда в дуговой при возникновении взрывоэмиссионных центров (ВЦ) на катодах ячейки. Появление ВЦ, являющихся начальной стадией катодных пятен, обусловлено пробоем неметаллических включений и пленок при их зарядке ионным током из плазмы. Время запаздывания пробоя для этого случая можно оценить по соотношению t3= (3) где ε ≃ 2-2,5 - диэлектрическая проницаемость материала включения или пленки; Eпр≃5·106 B/см - пробивная напряженность электрического поля материала включения или пленки; ε о - диэлектрическая постоянная.
Поскольку появление катодных пятен означает нарушение однородности и стабильности параметров анодной плазмы, то время горения импульсного пеннинговского заряда должно быть t2 ≅ t3. (4)
Импульсный пеннинговский разряд отличается высокой степенью ионизации ( ≈ 90% ). Считая ионизацию газа однократной и стопроцентной, можно выразить концентрацию анодной плазмы через давление рабочего газа Р, мм рт. ст, na= P см-3, (5) где nо = 2,69˙1019 см-3 - число Лошмидта.
Импульсный пеннинговский разряд отличается высокой степенью ионизации ( ≈ 90% ). Считая ионизацию газа однократной и стопроцентной, можно выразить концентрацию анодной плазмы через давление рабочего газа Р, мм рт. ст, na= P см-3, (5) где nо = 2,69˙1019 см-3 - число Лошмидта.
Подставляя в выражение (4) численные значения величин ε и Епр и используя выражения (2), (3) и (5), получим t2 ≅ 120 м1/2/P, с. (6)
При проведении сравнительных экспериментов источник анодной плазмы на основе пеннинговского разряда заменялся искровым источником анодной плазмы, питаемым отдельным блоком поджига.
При проведении сравнительных экспериментов источник анодной плазмы на основе пеннинговского разряда заменялся искровым источником анодной плазмы, питаемым отдельным блоком поджига.
Применение сетчатых катодов (характерный линейный размер ячеек сетки составлял b = 0,2 см) обеспечивает проникновение анодной плазмы в ускоряющий промежуток и пространство дрейфа (пространство между сетчатым катодом 3 и коллектором 5) при условии h << b, где b - толщина прикатодного слоя объемного заряда ионов. Величину h можно оценить в предположении, что слой объемного заряда, возникающий вблизи сетчатых катодов 2 и 3, являлся ленгмюровским h= , (7) где Uр - характерное напряжение горения пеннинговского разряда.
Подставляя в формулу (7) численные значения величин, определяем диапазон давлений, в котором выполняется условие h << bP≥ 10-4-10-3 мм рт. ст. Характерные значения Up 300-500 В и Te≃5·10-4K .
На фиг. 2 и 3 приведены фотографии отпечатков пучка на винипрозе, полученные при различных способах создания анодной плазмы: искровым источником (см. фиг. 2) и источником на основе пеннинговского разряда в аргоне при Р = 1˙10-3 Торр (см. фиг. 3). Максимальное ускоряющее напряжение, ток пучка, длительность импульса, напряженность внешнего ведущего магнитного поля были одинаковы в обоих случаях и составляли: U = 30 кВ, In = 103 А; τu = 5˙10-7 с, Н = 1,5 кЭ. Из полученных фотографий видно улучшение однородности плотности тока по сечению пучка, полученного по предлагаемому способу. Время горения пеннинговского разряда t2≃1·10-6 с.
На фиг. 4 и 5 приведены характерные осциллограммы плотности тока, полученные при диаметре коллимирующего отверстия d = 0,05 см, для обоих способов создания анодной плазмы: искровым источником (см. фиг. 4) и источником на основе пеннинговского разряда (см. фиг. 5). Видно, что осциллограмма первого типа является более "изрезанной" (причем местоположение, количество и амплитуда всплесков хаотически меняются от импульса к импульсу), что свидетельствует о большей пространственно-временной нестабильности формируемого пучка.
Ресурсные испытания катодов электронной пушки, изготовленных по идентичной технологии, показали, что при использовании искрового источника плазмы регулярные нестабильности тока пучка не наблюдались через 3˙105 импульсов, в то время как при использовании плазмы пеннинговского разряда нестабильности тока пучка не наблюдались и после 1˙106 импульсов. Токовая нагрузка на катод 4 была одинакова в обоих случаях. Уменьшение массы катода 4 после 1˙ 2˙106 включений при одинаковой токовой нагрузке составило 0,1 и 0,04 г для искрового и пеннинговского источников анодной плазмы соответственно. Уменьшение величины удельной эрозии ведет к повышению стабильности параметров формируемого СЭП вследствие увеличения долговечности катода.
Проверка соотношения (6) показала, что в рассматриваемом случае значения t2 укладывались в интервал (150-400)М1/2/Р, что связано с определенной производительностью параметров ε и Епр. Увеличение времени горения импульсного пеннинговского разряда свыше указанной величины приводило к неоднородности плотности тока и нестабильности его параметров.
Таким образом, изобретение позволяет улучшать однородность плотности пучка и стабильность параметров формирующего СЭП. (56) Иремашвили Д. В. и др. ЖТФ, т. 49, N 7, 1979, с. 1485-1490.
Бугаев С. П. и др. Электронные пучки большого сечения. М. : Энергоатомиздат, 1984, с. 66, 67.
Авторское свидетельство СССР N 1478891, кл. Н 01 J 3/02, 1988.
Claims (1)
- СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ С ПОМОЩЬЮ ВЗРЫВОЭМИССИОННОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ПУШКИ, заключающийся в погружении пушки во внешнее ведущее магнитное поле, создание в ней анодной плазмы и подачи на катод биполярного импульса напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения однородности плотности тока и стабильности параметров формируемого пучка, анодную плазму создают с помощью низковольтного пеннинговского разряда, длительность горения которого выбирают из условия
t2 ≅ 120 M1/2/P, с,
где M - масса атома рабочего газа, г;
P - давление рабочего газа, мм рт. ст.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4633682 RU1706329C (ru) | 1989-01-09 | 1989-01-09 | Способ формирования электронных пучков с помощью взрывоэмиссионной электронной пушки |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4633682 RU1706329C (ru) | 1989-01-09 | 1989-01-09 | Способ формирования электронных пучков с помощью взрывоэмиссионной электронной пушки |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1706329C true RU1706329C (ru) | 1994-05-30 |
Family
ID=30441200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4633682 RU1706329C (ru) | 1989-01-09 | 1989-01-09 | Способ формирования электронных пучков с помощью взрывоэмиссионной электронной пушки |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1706329C (ru) |
-
1989
- 1989-01-09 RU SU4633682 patent/RU1706329C/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Akishev et al. | Negative corona, glow and spark discharges in ambient air and transitions between them | |
EP0185045B1 (en) | Wire-ion-plasma electron gun employing auxiliary grid | |
US5302881A (en) | High energy cathode device with elongated operating cycle time | |
KR940013298A (ko) | 고 임피던스 플라즈마 이온 주입 방법 및 장치 | |
RU1706329C (ru) | Способ формирования электронных пучков с помощью взрывоэмиссионной электронной пушки | |
Lejeune | Theoretical and experimental study of the duoplasmatron ion source: Part II: Emisive properties of the source | |
Ryabchikov et al. | Sources and methods of repetitively pulsed ion/plasma material treatment | |
JPH0762989B2 (ja) | 電子ビ−ム励起イオン源 | |
RU2237942C1 (ru) | Сильноточная электронная пушка | |
US4942337A (en) | Spark gap apparatus triggerable by microwave pulse | |
Dewald et al. | Plasma development in the low-pressure channel spark for pulsed intense electron beam generation | |
RU2341846C1 (ru) | Способ получения электронного пучка и устройство для его осуществления (варианты) | |
Gushenets et al. | Nanosecond high current and high repetition rate electron source | |
RU2240627C1 (ru) | Ионный источник с холодным катодом | |
Krokhmal et al. | Electron beam generation in a diode with a gaseous plasma electron source II: Plasma source based on a hollow anode ignited by a hollow-cathode source | |
RU1478891C (ru) | Способ формирования микросекундных сильноточных электронных пучков | |
SU551948A2 (ru) | Электронно-ионный источник | |
Debolt et al. | Recent results from the low inductance Z-discharge metal vapor ion source | |
RU1706330C (ru) | Способ формирования микросекундных сильноточных электронных пучков | |
Gushenets et al. | High current electron sources and accelerators with plasma emitters | |
RU1762732C (ru) | Способ получения потока заряженных частиц и устройство для его осуществления | |
SU1179813A1 (ru) | Электромагнитная ловушка | |
SU1257860A1 (ru) | Способ инжекции электронов в импульсный ускоритель | |
Kaljatsky et al. | On the impulse electrical breakdown of centimeter vacuum gaps | |
SU908193A1 (ru) | Источник ионов |