WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 2 04;10;12 О распределении электронных потоков по поверхности катода в разряде с осциллирующими электронами © Г.А. Егиазарян, Ж.Б. Хачатрян, Э.С. Бадалян, Э.И. Тер-Геворкян, В.Н. Оганесян Ереванский государственный университет, 375049 Ереван, Армения e-mail: vao@ysu.am, vhovhan@server.physdep.r.am (Поступило в Редакцию 7 июня 2005 г.) Экспериментально исследован механизм процессов, обусловливающих распределение продольных электронных потоков по поверхности катода в разряде с осциллирующими электронами. Изучено влияние длины разрядного промежутка на величину и распределение электронных потоков. Показано, что интенсивный поток продольных электронов для трубки диаметра da = 31 mm формируется только в коротких анодах — la = 2.5-3.5 cm. Получено распределение электронных потоков по поверхности катода в различных условиях разряда.

PACS: 52.80.Tn Введение ионные составляющие продольного тока на катод. Чтобы предотвратить проникновение поля сетки 5 в разрядный В плазменных источниках извлечение электронов в промежуток, установлена вторая сетка 6. Продольные большинстве случаев осуществляется за счет вытяги- токи измеряются электродом 7. Охранный цилиндр 8 вающих полей. Однако в разряде с осциллирующими находится под потенциалом катодов.

электронами при определенных условиях на катоды самостоятельно попадает большое количество электроРезультаты и их обсуждение нов [1–5]. В работах [2–4] изучен механизм формирования и условия попадания электронов на катоды На рис. 2, 3 представлены результаты измерений токов пеннинговского разряда и выхода потока продольных от длины анодного цилиндра la (диаметр da = 31 mm):

электронов через центральное отверстие катода.

I (la), Ii(la), Ie(la). В коротких разрядных промежутp Данная статья является продолжением работ [2–4,6] и ках радиальное падение потенциала больше и с ропосвящена изучению распределения электронных потостом la интенсивная радиальная ионизация сопровождаков по поверхности катода пеннинговской трубки.

ется ростом замагниченного электронного пространства заряда. Последнее в свою очередь приводит к еще большему увеличению радиального падения потенциала.

Методика измерений В результате разрядные и ионные токи с ростом la Особенностью методики производимых исследований быстро растут и достигают максимума (рис. 2 и 3).

является совместное измерение многих характеристик Как видно, для данного анодного напряжения Ua разрядный ток I достигает максимума при определенной разряда (I — разрядный ток, ионные Ii и электронные p p токи Ie, спектр высокочастотных колебаний), что облег- длине la, значение которой не зависит от магнитной инчает анализ и интерпретацию полученных результатов. дукции B: приUa = 1.5kV I = 1500 µA (la = 4cm);

p. max.

при Ua = 2kV I = 2750 µA (la = 3.5cm). СледоСхема разрядной камеры приведена на рис. 1, a. Она p. max.

вательно, оптимальное соотношение среднего радиальпомещена в однородном магнитном поле соленоида и представлена цилиндрическим анодом 1, подвижным 2 и ного (r) и продольного (z ) электрических полей неподвижным 3 молибденовыми катодами по обеим сто- внутри трубки, для достижения I, определяется отp. max.

ронам анода. На неподвижном катоде сделана радиаль- ношением la/da. Причем с увеличением Ua радиальное ная щель, которая закрывается плотно прижимающейся падение потенциала растет быстрее, чем продольное, и оптимальное соотношение r/z наступает раньше подвижной полоской (рис. 1, b), имеющей отверстие при меньшей la. Об этом свидетельствует и то, что диаметром = 3 mm. Она перемещается с помощью специального устройства и пропускает через отверстие рост Ua всего на 500 V в связи с большим ростом интенсивности радиальной и общей ионизации приводит поток электронов и ионов, попадающих на различные к увеличениюI почти в два раза (рис. 2, 3).

радиальные участки катода. К неподвижному катоду p примыкает коллектор 4, внутри которого располагаются При la > la opt. нарушается оптимальное соотношесетки 5, 6. На сетку 5 подается отрицательный потенци- ние r /z : существенное уменьшение интенсивности ал и методом задерживающего потенциала измеряется радиальной ионизации из-за ослабления r не компенсиэнергия электронов, а также разделяются электронные и руется небольшим увеличением продольной ионизации О распределении электронных потоков по поверхности катода в разряде... Рис. 1. Схема разрядной камеры.

из-за роста z. В итоге после пика разрядный ток I Максимальный ионный поток попадает на центральp резко падает (рис. 2, 3). При этом значительно изменя- ный участок катода. После достижения максимумов ход Ii(la) на отдельных радиальных участках катодов ется спектр ВЧ-колебаний. В дальнейшем с ростом la интенсивность радиальной ионизации ослабевает, раз- отличается еще больше. Центральный ионный ток с ростом la уменьшается и при определенном значении la рядный ток уменьшается. В длинных анодах основное начинает снова расти (рис. 2, 3). Последнее можно продольное падение происходит вблизи катодов (вдоль объяснить усилением относительной роли продольной большей части анодного цилиндра — безградиентная ионизации в приосевых областях разряда.

область) [6].

На средних участках катодов (4 < r < 10 mm) ионные С увеличением магнитной индукции от 450 до 600 Gs токи от la монотонно спадают и в целом полный I уменьшается (рис. 2, 3). Использованные значения p ионный ток по всей поверхности катода также медленно магнитной индукции B = 450 и 600 Gs лежат на спаде уменьшается.

кривой I (B), т. е. когда разряд находится во II режиме: с p При длинах анодов la 4.5 cm на радиальные участувеличением B уменьшаются высота циклоиды и набранки, далекие от центра катода r > 6 mm, ионный поная на ней электроном энергия. Поэтому радиальная ток практически не попадает из-за усиления фокусиионизация ослаблается и I падает.

p рующего действия разрядной камеры [6]. Ионный ток При коротких анодах r больше и влияние B значина периферии катода достигает своего максимального тельно: кривые I (la) и их пики существенно отличаp значения, когда I максимальный, следовательно, в этих p ются (рис. 2, 3). При длинных анодах (la 8cm) знаусловиях прианодная ионизация достаточно интенсивна, чения I при B = 450 и 600 Gs практически совпадают p поскольку только из этой области ионы могут достичь (существенна продольная ионизация): I 400µA при p периферии катода.

Ua = 2kV и I 200µAпри Ua = 1.5kV.

p Влияние магнитного поля на ионные потоки своИонные токи Ii(la) быстро растут на всех радиальных дится к изменению радиального распределения облаучастках, причем на центральных участках (r = 0; 2 mm) стей интенсивной ионизации. Так, увеличение магнитной рост Ii продолжается до несколько большого значеиндукции приводит к большему сжатию электронного ния la, в отличие от остальных участков поверхнопространственного заряда в сторону оси, и область сти катода (r > 4mm) (рис. 2, 3). На всех радиальных интенсивной ионизации перемещается в сторону оси.

участках катода ионные токи Ii(la) достигают своих При Ua = 1.5 kV магнитное сжатие сильнее, и оно максимальных значений одновременно с ходом I при сопровождается некоторым увеличением продольной p одной и той же длине анода la = 4 cm, при Ua = 1.5kV ионизации в приосевых областях разряда. Поэтому, или la = 3.5 cm, при Ua = 2kV. несмотря на уменьшение I с ростом B от 450 до p Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 64 Г.А. Егиазарян, Ж.Б. Хачатрян, Э.С. Бадалян, Э.И. Тер-Геворкян, В.Н. Оганесян Рис. 2. Зависимости разрядного I, ионного Ii и электронного Ie токов от длины разрядного промежутка la. Рабочий газ — воздух.

p P = 5 · 10-5 Torr, B = 450 Gs.

600 Gs, на центральные области катода ионный поток не (рис. 2, 3, 5). Следовательно, с ростом la сначала настууменьшается. При Ua = 2 kV магнитное сжатие слабее, пает максимум интенсивности радиальной, затем общей и поэтому на центральных участках катода с ростом ионизации.

индукции B ионные потоки уменьшаются параллельно Механизмы образования и направления на катоды с уменьшением I (рис. 2,3). электронов и ионов совершенно отличаются. Контрольp Электронные потоки на катоды Ie более чувствитель- ные измерения показывают, что в условиях попаданы к изменениям значений внешних параметров разряда, ния больших потоков электронов на различные участособенно к изменениям длины анода la (рис. 2, 3). На ки катодов стационарный разрядный ток переходит в всех радиальных участках катода, куда попадают элек- переменный, и в разряде присутствуют диокотронные троны (r = 0-12 mm) кривые Ie(la) имеют по одному колебания [2–4]. Анализ зависимостей основных харакрезко выраженному максимуму, которые возникают в теристик, а также ВЧ спектрограмм разряда показывает, случае коротких анодов (la = 2.5-3.5cm). Как видно, что полученные результаты соответствуют условиям максимумы Ie(la) на отдельных радиальных участках динамического режима горения разряда и появление катода и I (la) не совпадают: электронные токи дости- больших потоков электронов на различные в том числе p гают своего максимума несколько раньше, при мень- и дальние участки катодов связаны с „выталкиванием“ ших длинах анода. Максимумы полного электронного электронов из неустойчивого прианодного электронного потока на катод и разрядного тока также не совпадают слоя большой концентрации. С внутренней поверхности Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. О распределении электронных потоков по поверхности катода в разряде... Рис. 3. Зависимости разрядного I, ионного Ii и электронного Ie токов от длины разрядного промежутка la. Рабочий газ — воздух.

p P = 5 · 10-5 Torr, B = 600 Gs.

слоя электроны выбрасываются в сторону оси разряда катод ничтожно мал. При длинных анодах в условиях оти по силовым линиям магнитного поля направляются сутствия неустойчивого электронного слоя радиальная к катодам. Одновременно с торцов выжимаемого слоя ионизация существенно ослаблена и роль продольной также образуется электронный поток, идущий непосред- ионизации, не зависящей от B, растет. Небольшое колиственно к катодам. Именно этот механизм обеспечи- чество электронов, попадающих только на центральные вает образование и попадание большого электронного участки катодов (r = 0-6mm), является следствием потока не только на центральные, но и на другие усиления -процессов из-за увеличения продольной в области поверхности катода. Источниками продольных основном приосевой ионизации (рис. 2, 3).

потоков электронов являются: 1) электроны, выброшенЭлектронный поток может иметь значительное сеные из внутренней поверхности неустойчивого слоя, чение и попадать на большую часть поверхности ка2) электроны, выжимаемые от торцов электронного тода. Также возможны условия, когда максимальный слоя, 3) сгустки продольно осциллирующих приосевых электронный поток попадает не на центр катода, а электронов, модулированные переменным радиальным на другие, даже далекие радиальные участки его пополем, 4) -электроны.

верхности (рис. 4). Здесь представлены кривые расПри la > 4.5 cm отсутствуют первые три причины воз- пределения токов электронных потоков по поверхности никновения продольного потока и электронный ток на катода Ie(r) только для коротких анодов, поскольку 5 Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 66 Г.А. Егиазарян, Ж.Б. Хачатрян, Э.С. Бадалян, Э.И. Тер-Геворкян, В.Н. Оганесян Рис. 4. Зависимости продольного электронного Ie и ионного Ii токов от расстояния до центра катода r.

в длинных разрядных промежутках (la > 4.5cm) элек- этом свидетельствует и слабая зависимость Ie от B тронный поток на катод незначительный. В условиях и la, а также полное отсутствие таких электронов la > 4.5 cm диокотронная неустойчивость отсутствует, на периферии катода (r > 8mm) (рис. 4). Видно, что и поток электронов на центральные участки катода при коротких анодах значительные электронные потоки обусловлен начальными скоростями -электронов. Об могут попадать как на центральные 0 < r < 4 mm, так Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. О распределении электронных потоков по поверхности катода в разряде... условиях регистрируется максимальный поток электронов на всю радиальную полосу: Ie. f ull = 88 µA (рис. 5).

Полный электронный поток на всю радиальную полосу катода, а также большинство электронных потоков, попадающих на его отдельные радиальные участки, принимают наибольшие значения в условиях la = 2.5-3.5 cm. За этим интервалом полные электронные потоки незначительны (рис. 5). Эти результаты объясняются вышеизложенным механизмом формирования и попадания на катоды интенсивных электронных потоков. При изменении длины анода от 3 до 4 cm прианодное Er и ne уменьшаются, интенсивность диокотронной неустойчивости падает, электронные выбросы в сторону оси и катодов ослабляются, полный Рис. 5. Зависимости полного электронного Ie. f ull тока на всю электронный ток резко уменьшается (рис. 5). В итоге радиальную полосу катода от la.

большинство электронов не достигает до оси разряда и попадает на средние радиальные участки катода (рис. 4). Об этом свидетельствуют и спектрограммы ВЧ-колебаний, снятые с разрядного тока: при la = 3cm и на средние (4 < r < 10 mm) области поверхности спектр ВЧ-колебаний резко обогащается, амплитуды катода. Более того, в некоторых режимах максимальрастут. В условиях же la > 4 cm этот спектр полностью ный электронный поток попадает не на центральные, исчезает.

а на средние радиальные участки. На периферийные Электронный поток на всю радиальную полосу сущеучастки r > 12 mm электроны практически не попадают ственно зависит от Ua: увеличение анодного напряжения (рис. 4). На рис. 4 видно, что центральный электронный от 1.5 до 2 kV (в 1.25 раза) (рис. 5) сопровождается поток на катод достаточно равномерно распределен ростом Ie. f ull от 55 до 90 µA (в 1.6 раза), во столько по r или может занимать большую площадь катода.

же раз растет и разрядный ток. С ростом Ua общая При Ua = 2kV, B = 450 Gs электронный ток достигаионизация и удержанный магнитным полем электронный ет максимума Ie. max 22 µA на центральной области пространственный заряд растут. Соответственно растет катода 0 < r < 4 mm при длине анода la = 2.5 cm, а и Ie. f ull, поскольку источником основной части продольпри тех же значениях Ua и B ток Ie. max 15 µA на ных электронов является замагниченный электронный средней радиальной области r = 10 mm, при la = 3.5cm.

слой. С ростом же магнитной индукции B, как отмечено В условиях Ua = 2kV, B = 600 Gs максимальный элеквыше для электронных потоков на отдельные радиальтронный ток почти одинаковый Ie. max 22 µA, на раные участки катода, полный электронный ток на катод диальных участках r = 6 и 8 mm при длинах анода также несколько растет (рис. 5).

la = 3 и 3.5 cm.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.