Плазменный диод Советский патент 1983 года по МПК H05H1/00 H01J1/30 

(54) ПЛАЗМЕННЫЙ ДИОД.

Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в ускорительной технике и технике СВЧ для.возбуждения волноводов.

Известен плазменный диод на осно,ве плазменного катода. Он состоит из вакуумной камеры, проходного изо.лятора плазменного катода и анода. При подаче импульса напряжения на катоде формируется плазма, из которой электрическим полем вытягиваются электроны l.

Недостатком известного устройства является малая длительность импульса тока пучка электронов,- что связано с бOJГIьшoй скоростью движения катодной плазмы в сторону анода, составляющей (2-5) 10 см/с. Это означает, что максимальная длительность импульса тока пучка электронов 15авна времени закорачивания плазмой промежутка между катодом и анодом. В среднем дпительност:ь формируемого электронного пучка составляет « 1 мкс.

Наиболее близким к предлагаемому

.является плазменный диод, содержащий соосно расположенные анод и катод, образованный металлической подложкой, инициатором катодной плазмы я

мелкоструктурной сеткой. В этом-диоде катод выполнен из металлической подложки на которой установлен инициатор катодной плазмы с уложенной с внешней стороны металлической сеткой, при этом подложка и сетка подключены к генератору зажигания разряда. Инициатор катоднол плазмы выполнен в виде диэлектрической вставки.

10 Перед подачей импульса напряжения на диод от генератора зажигания разряда поступает импульс напряжения на металлическую подложку и металлическую сетку. При этом по поверхности ди15

..электрика формируется плазма, которая распространяется в-сторону анода со скоростью (2-6)--10 см/с t 2 Недостатки этого устройства обусловлены малой длительностью импульса

20 тока пучка электронов и сложностью конструкции диода. Максимальная длительность импульса тока пучка электронов определяется временем перемыкания плазмой промежутка между ано25дом и катодом и составляет в среднем

/40,5 МКС при зазоре между катодом и анодом 1 см. Сложность конструкции диода объясняется.наличием генератора зажигания разряда, который при

30 подаче ускоряющего напряжения .на диод оказывается под тем же напряж нием. Цель изобретения - повышение длительности импульса тока. Поставленная цель достигается тем, что в плазменном диоде, содер жащем соосно расположенные анод и катод, образованный металлической подложкой, инициатором катодной пл мы и мелкоструктурной сеткой, инициатор катодной плазмы выполнен в виде ферромагнитной прокладки тол на d и диэлектрическая проницаемос t- которой связаны с зазором D межд сеткой и анодом соотношением d при этом коэффициент прозрачности сетки лежит в пределах 0,1-0,8. На чертеже схематически показано устройство. Плазменный диод содержит вакуумную камеру 1, на проходном изолятор 2которой установлен катод, образованный металлической подложкой 3, инициатором 4 катодной плазмы и ме таллической мелкоструктурной сеткой 5. Анод б установлен соосно с като дом. Давление остаточного газа в вакуумной камере составляет 10 то Устройство работает следующим образом. При подаче импульса напряжения диод оно распределяется между двумя кoндe caтopaми . Первый конденсатор образован металлической подложкой 3и металлической мелкоструктурной сеткой 5 с диэлектрическим запо;1не нием в виде ферромагнитной прокладки, а второй - металлической мелкоструктурной сеткой 5 и анодом 6 с вакуумным заполнением. Разность потенциалов U между обкладками первого конденсатора определяют по формуле К - Ad (1 с. и - напряжение на диоде; d - толщина инициатора катодно плазмы - ферромагнитной прокладки; - диэлектрическая проницаемость ферромагнитной прокладки ; D - зазор между анодом и метал лической сеткой. При подборе трех переменных d, можно получить на первом конденсато ре напряжение 1-30 кВ. Этого напряжения достаточно для зажигания разряда по поверхности ферромагнит.ных материалов (ферритов). Внутренний электрический пробой ферромагнитной прокладки устраняется при вы полнении условия d, где - электрическая прочност. ферромагнитной прокладки. Так, .при толщине ферромагнитной прокладки из феррита марки 4СЧ10, равной 1 мм, электрическая прочность составляет 40 кВ/мм. Напряжение зажигания разряда при этой толщине и при давлении остаточного газа р 10 5торр составляет 2,3 кв. При этом напряженность электрического поля В ферромагнетике составляет ,3 кВ/мм, что существенно меньше пробивной напряженности электрического поля, равной 40 кВ/мм. Выбирая зазор между анодом и металлической сеткой равным 10 мм, толщину ферромагнитной прокладки 1 мм и ее дй электрическую проницаемость . 9,получаем при напряжении на диоде U кВ напряжение на первом конденсаторе и 3,3 кв. Этого напряжения достаточно для зажигания разряда по поверхности феррита (пороговое напряжение зажигания разряда 2,3 кВ). Сформированная катодная плазма распространяется в сторону анода с некоторой скоростью. Для многих марок ферритов (1СЧ, 4СЧ10, 80СЧ, ТЧ-ЗОП, ферриты с ППГ и т.д.) она составляет V iO см/с. Эта величина определяется методами скоростной фотографии при помощи лупы времени ЛВ-0,5. Уменьшение скорости движения катодной плазмы объясняется тем, что при возникновении незавершенного разряда по поверхности ферромагнитной прокладки плазма разряда начинает распространяться по поверхности ферромагнетика и в сторону анода. В ферромагнитной прокладке наводятся вихревые токи, которые притягивают заряженную струю разрядного тока. Так как заряженные струи притягиваются к ферромагнитным поверхностям из-за токового взаимодействия, сила притяжения больше сил внутреннего давления в плазме, а это приводит к уменьшению скорости v . Соотношение скоростей Vj в предлагаемом устройстве и У|р в прототипе равно 10 г --fO Величина 10 означает во сколько раз можно увеличить длительность импульса тока пучка электронов, не увеличивая при этом зазор ме;кду ано- дом и катодом по сравнению с прототипом. Так, если в прототипе максимальная длительность импульса тока составляет 0,5 мкс, то в предлагаемом устройстве она может составлять 50 МКС. Зазор D между анодом 6 и металлической мелкоструктурной сеткой 5 и толщина d ферромагнитной прокладки