WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 2 04;10;11;12 Генерация электронных пучков в многокатодном вторично-эмиссионном источнике © Н.И. Айзацкий, В.Н. Борискин, А.Н. Довбня, В.В. Закутин, В.А. Кушнир, В.А. Митроченко, Н.Г. Решетняк, В.П. Ромасько, Ю.Я. Волколупов, М.А. Красноголовец Научно-исследовательский комплекс „Ускоритель“ Национальный научный центр „Харьковский физико-технический институт“, 61108 Харьков, Украина (Поcтупило в Редакцию 22 апреля 2002 г.) Проведено исследование генерации электронных пучков в системе из восьми вторично-эмиссионных катодов, периодически расположенных по азимуту внутри коаксиального цилиндрического анода в скрещенных электрическом и магнитном полях. В такой системе с неоднородным по азимуту электрическим полем реализовано вторично-эмиссионное размножение электронов и получена генерация пучка. При напряжении на катодах 37 kV и напряженности магнитного поля 3000 Oe суммарный ток всех пучков составлял 35 A, при этом микропервеанс каждого пучка составлял 0.7 µA/V3/2.

Введение Описание и исследование подобной системы, содержащей штыревые аноды и вторично-эмиссионные катоды, проведено в работе [7]. В такой системе штыревые В последние годы широкий интерес вызывает исслеаноды расположены на пересечении осей, образующих дование источников электронов с холодными катодами, квадраты в плоскости xy, а штыревые катоды расработающими в режиме вторичной эмиссии в скрещенположены между ними на пересечении диагоналей и ных электрическом и магнитном полях [1–6]. Принцип образуют систему ячеек. В каждой ячейке азимутальгенерации пучка во вторично-эмиссионных системах в ная зависимость электрического поля изменяется от скрещенных полях хорошо известен. На спаде импульса практически однородной (вблизи поверхности штыревых напряжения первичные электроны, двигаясь в спадаюкатодов) до сильнонеоднородной (на расстоянии от кащем электрическом и постоянном магнитном полях по тода порядка половины расстояния до анодных штырей циклоидальным траекториям, набирают энергию и боми более). Такая конструкция допускает периодическое бардируют катод. При достаточно резком уменьшении расположение ячеек с вторично-эмиссионными катодами электрического поля на катоде электроны приобретают и соответственно электронных пучков, число которых энергию, достаточную для выбивания вторичных элекможно увеличивать как в одну (линейный пучок), так тронов (с коэффициентом вторичной эмиссии больше и в обе стороны (образуя любую конфигурацию пучка единицы). В этот момент происходит лавинообразное в плоскости xy). При исследовании генерации пучка увеличение числа электронов, как бомбардирующих, в четырех ячейках при напряжении на катоде 28 kV так и выбиваемых. При этом число электронов возле и напряженности магнитного поля 2200 Oe получены катода увеличивается, пока не достигнет некоторого электронные пучки с суммарным током пучка 22 A.

критического значения, при котором наступает динамическое равновесие, устанавливается стационарная ста- Представляет интерес исследование неоднородной системы подобной линейной системе со штыревыми дия вторично-электронного размножения и начинается генерация пучка. Первичные электроны в системе мо- анодами и катодами, выполненной в цилиндрической геометрии. Такая система состоит из коаксиального гут образоваться как за счет автоэмиссии, эмиссии из цилиндрического анода, между цилиндрами которого диэлектрических вкраплений на поверхности катода или периодически по азимуту расположены вторично-эмисэмиссии с дополнительного термокатода [1,2].

сионные катоды. В настоящей работе проведены исслеДля генерации электронного потока за счет вторичдования генерации электронных пучков в многокатодной но-эмиссионного размножения необходимо создание совторично-эмиссионной системе с коаксиальным анодом ответствующих скрещенных электрических и магнитных в скрещенных электрических и магнитных полях.

полей вблизи катода. В силу граничных условий вблизи поверхности катода электрическое поле всегда нормально к поверхности металла. Из этого следует, что в любой Экспериментальная установка системе цилиндрических вторично-эмиссионных катодов и методика исследования будут существовать условия, при которых генерация электронного пучка за счет вторично-эмиссионного размножения возможна в системах, не обладающих азиму- Эксперименты проводились на установке, схема котальной симметрией во всей области межэлектродного торой приведена на рис. 1. Импульс напряжения специпромежутка. альной формы амплитудой до 100 kV с длительностью 8 114 Н.И. Айзацкий, В.Н. Борискин, А.Н. Довбня, В.В. Закутин, В.А. Кушнир, В.А. Митроченко...

плоской части импульса 5 µs и частотой следования импульсов 12... 15 Hz от импульсного модулятора (FL — формирующая линия, L — зарядный дроссель, U0 — зарядное напряжение, R — зарядное сопротивление, DL — линия задержки, C — формирующая емкость, PT — повышающий импульсный трансформатор), через проходной изолятор 2, подавался на катоды системы 6, а анод 7 заземлен через резистор R3. Необходимая для генерации пучка вершина импульса напряжения формиРис. 2. Многокатодная система: 1 — вторично-эмиссионные ровалась на катодах системы при сложении короткого катоды, 2 —анод, 3 — изолятор, 4 — металлический диск.

импульса от отдельного генератора с помощью тиратрона T 2 и импульса напряжения модулятора с плоской вершиной с помощью тиратрона T 1 [8]. Длительность спада напряжения составляла 0.3 µs, а крутизна спа- производилось с помощью отпечатка на алюминиевой да — 150 kV/µs. Использовалась девяти-ячеечная фор- или молибденовой фольге. Для оценки стабильности мирующая линия с волновым сопротивлением 12 и с формы и амплитуды импульсов напряжения на катоде длительностью импульса на полувысоте 7 µs. и тока пучка на цилиндре Фарадея кроме осциллографических измерений использовалась двухканальная Многокатодная система размещалась в вакуумизмерительная система с персональным компьютером.

ной камере 3, в которой поддерживалось разряжеИсследуемая система с цилиндрическим анодом, в ние 10-6 Torr. Магнитное поле для генерации и транскотором размещены вторично-эмиссионные катоды, попортировки пучка создавалось соленоидом 4 (состоящим казана на рис. 2. Как видно, система содержит восемь из 4 секций), питание которого осуществлялось от исмедных катодов 1 (диаметром 5 mm), которые закреплеточника постоянного тока 5. Напряженность и продольны на металлическом диске 4. На этом диске с помощью ное распределение магнитного поля в вакуумной камере изолятора 3 крепится коаксиальный анод 2. Наружможно было регулировать путем изменения величины ный диаметр анодного цилиндра равен 68 mm, диаметр тока в секциях соленоида. Неоднородность продольного внутреннего — 20 mm. Цилиндры анода изготовлены магнитного поля в системе и канале транспортировки до из нержавеющей стали и соединяются между собой цилиндра Фарадея составляло ±8%.

с помощью металлического фланца с отверстиями, в В процессе исследований проводились измерения накоторые вводятся катоды.

пряжения на катоде, тока электронного пучка на цилиндре Фарадея и анодного тока. Измерение параметров импульса напряжения производилось с помощью резиЭкспериментальные результаты стивного делителя R1R2, анодного тока — с помощью и их обсуждение измерительного сопротивления R3. Цилиндр Фарадея представляет собой отрезок коаксиальной линии с волВ экспериментах реализовано вторично-эмиссионное новым сопротивлением 12, длина линии 400 mm, размножение электронов и получена генерация элекдиаметр цилиндра 120 mm. Торцевая часть цилиндра тронных пучков. Суммарный пучок на выходе пушФарадея, на которую попадает пучок, изготовлена из ки состоял из 8 электронных пучков. При амплитунержавеющей стали и имеет водяную систему охлаждеде напряжения 37 kV и напряженности магнитного ния. Время установления тока пучка в измерительной поля 3000 Oe суммарный ток всех пучков составцепи составляет 1... 1.5 ns. Измерение размеров пучков лял 35 A, анодный ток достигал значения 1.5... 2A.

В экспериментах получена устойчивая генерация пучка при крутизне спада 150 kV/µs.

На рис. 3, a приведены типичные осциллограммы импульсов напряжения на катоде и суммарного тока пучков на цилиндре Фарадея. Видно, что генерация пучка начинается на спаде выброса. Проведенные измерения времени нарастания импульса тока пучка показали, что оно составляет 10... 12 ns. На рис. 3, b приведены осциллограммы импульса суммарного тока пучков на цилиндре Фарадея и анодного тока. Видно, что передний фронт импульса тока пучка формируется на спаде импульса напряжения.

Из рис. 3, b видно, что анодный ток повторяет форму тока пучка и составляет 3% от тока пучка. На Рис. 1. Схема экспериментальной установки. осциллограмме анодного тока в начальной части виЖурнал технической физики, 2003, том 73, вып. Генерация электронных пучков в многокатодном вторично-эмиссионном... Рис. 3. Типичные осциллограммы импульсов: a — импульс напряжения на катоде (внизу) и импульс тока пучка на цилиндре Фарадея (вверху). Масштаб по вертикали 8 kV/div и 8 A/div, по горизонтали — 1 µs/div. b — импульс тока пучка на цилиндре Фарадея (внизу) и анодного тока пушки (вверху). Масштаб по вертикали 8 A/div для тока пучка, 1 A/div — для анодного тока, по горизонтали — 1 µs/div. Напряженность магнитного поля 2500 Oe.

ден сигнал, связанный с дифференцированием выброса величины и распределения краевого электрического пона импульсе напряжения. Измерена зависимость тока ля в месте ввода катодов в анод может изменяться пучка на цилиндр Фарадея от напряжения на катоде. как количество первичных электронов, так и условия Эта зависимость подчиняется закону 3/2. При этом в набора энергии этими электронами. При большой велипроцессе измерений магнитное поле соответствовало чине электрического поля количество электронов велико максимальной амплитуде суммарного тока пучка. и набор энергии электронами происходит быстрее и При проведении экспериментов было обнаружено, что до больших величин. При меньшем значении электриконструкция области ввода катодов в анод системы в ческого поля уменьшается как количество первичных значительной степени влияет на устойчивость генерации электронов, так и величина их энергии и генерация пучка и его амплитудное значение. С этой целью ис- пучка становится неустойчивой. С другой стороны, мноследовалась генерация пучка в двух типах конструкции. гокатодная система является системой с неоднородным В первой конструкции фланец, соединяющий анодные полем. В этом случае, как показывают расчеты, двицилиндры, расположен со стороны ввода катодов. Во жение электронов в значительной степени изменяется второй соединяющий фланец расположен в месте выхода вплоть до отсутствия самоподдерживающегося процесса пучков, а ввод катодов в анод осуществляется через вторично-эмиссионного размножения. Таким образом, промежуток между внутренним и наружным цилиндра- конструкция с цилиндрическим участком ввода катодов ми анода. Как показали эксперименты, в первой кон- в анод является как бы стабилизирующим участком, струкции происходила устойчивая генерация тока пучка, определяющим развитие вторично-эмиссионного прово втором случае устойчивая генерация сохранялась, цесса. Эти результаты показывают, что имеется возможно ток пучка был меньше, чем в конструкции первого ность воздействовать на запуск вторично-эмиссионных вида. Во второй конструкции, в которой анод имел процессов путем создания участка системы с сильно конусный участок в месте ввода катодов (с целью неоднородным электрическим полем.

увеличения электрической прочности), ток пучка имел Проведены измерения поперечных размеров и полодва участка — стабильный участок генерации с дли- жения электронных пучков при получении отпечатков тельностью плоской вершины 0.5... 1.5 µs в начальной пучков на мишенях на различных расстояниях от анода части импульса и последующий (нестабильный) участок (рис. 4). Измерения показали, что на выходе анода данпичкового характера с амплитудой пиков 5... 10 A. ная система формирует 8 электронных пучков, имеющих Увеличение магнитного поля приводило к увеличению вид эллипсов с большой осью, равной 6.5... 7 mm, и длительности плоской части вершины (до 1.5 µs), но не малой осью 5.5... 6 mm и расположенных в местах, влияло на характер генерации последующей части пучка. соответствующих расположению катодов. Толщина отОтмеченные эффекты связаны с тем, что в месте печатка пучка 1 mm. Оси эллипсов наклонены под ввода катодов при изменении конструкции нарушаются углом 45 к окружности, на которой находятся катоды условия развития вторично-эмиссионных процессов на (рис. 1). При изменении направления магнитного поля начальной стадии формирования пучка. При изменении наклон оси эллипсов изменяется на 90. Размеры эллип8 Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. 116 Н.И. Айзацкий, В.Н. Борискин, А.Н. Довбня, В.В. Закутин, В.А. Кушнир, В.А. Митроченко...

Рис. 4. Отпечатки пучков: a — на срезе анода, b — на расстоянии 72 mm от среза анода.

Рис. 5.

Журнал технической физики, 2003, том 73, вып. Генерация электронных пучков в многокатодном вторично-эмиссионном... сов не изменяются при измерениях на выходе анодного пушки, представляют собой N (N — число катодов, блока и на расстоянии 72 mm от среза анодного блока. в нашем случае N = 8) четко выраженных пучков. На Физическая картина получения отпечатков такого ви- выходе анодного блока наблюдается эллиптичная форма пучка, которая практически не изменяется в области да состоит в следующем. Распределение электрического поля в поперечном сечении системы неоднородно, рас- транспортировки.

четы показывают, что неоднородность радиального электрического поля вблизи поверхности катода по азимуту Список литературы составляет 20%, причем большая величина поля соответствует точкам катода, расположенным ближе к аноду.

[1] Волколупов Ю.Я., Довбня А.Н., Закутин В.В. и др. // ЖТФ.

Это обусловливает радиальный дрейф электронов, что 2001. Т. 71. Вып. 2. С. 98–104.

изменяет форму поперечного сечения пучка, превращая [2] Saveliev Y.M., Sibbett W., Parkes D.M. // Phys. Plasmas. 1997.

его из окружности в эллипс, повернутый относительно Vol. 4. N 7. P. 2319–2321.

[3] Волколупов Ю.Я., Довбня А.Н., Закутин В.В. и др. // ЖТФ.

оси пучка на некоторый угол.

2001. Т. 71. Вып. 3. С. 78–80.

Следует отметить, что величина магнитного поля в [4] Агафонов А.В., Тараканов В.П., Федоров В.М. // Вопросы многокатодной системе превышает величину магнитного атомной науки и техники. Сер. Ядерно-физические исслеполя для одиночной магнетронной пушки с близкими дования. 1997. Вып. 2, 3. (29, 30). Т. 1. С. 134–140.

размерами (диаметром катода 5 mm и диаметром ано[5] Агафонов А.В., Тараканов В.П., Федоров В.М. // Вопросы да 26 mm, амплитуде катодного напряжения 37 kV и наатомной науки и техники. Сер. Ядерно-физические исслепряженности магнитного поля 1900... 2000 Oe) примердования (35). 1999. № 4. С. 11–13.

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.