ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ Советский патент 1995 года по МПК H01J37/77 

Изобретение относится к области сильноточной электроники. Оно может найти применение в ускорительной технике, источниках γ-излучения и в других областях техники, в которых используют сильноточные электронные пучки.

Известен плазменный источник электронов, включающий в себя вакуумную камеру, катодный узел, анод и магнитную линзу. Катодный узел состоит из металлического стержня, диэлектрической вставки и металлической сетки. Анод выполнен из бериллиевой фольги толщиной 150 мкм. При подаче импульса напряжения от генератора на поверхности диэлектрической вставки формируется незавершенный разряд, представляющий собой катодную плазму. Одновременно электрическим полем производится отбор электронов.

Недостаток этого устройства состоит в изменении энергетического спектра под действием магнитного поля и в его разбросе без магнитного поля.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является плазменный источник электронов, содержащий электрод, инициатор разряда, анод. Плазменная линза расположена в области отверстия анода (ускоряющего электрода) и состоит из равномерно расположенных по длине окружности анода искровых источников, содержащих инициаторы разрядов и поджигающие электроды. Инициатор разряда выполнен в виде диэлектрической вставки из оргстекла. Перед подачей импульса ускоряющего напряжения на катод и анод на плазменную линзу поступает импульс напряжения с генератора зажигания разряда. Возникает искровой разряд, который заполняет плазменную линзу из-за того, что в анодном отверстии расположено несколько искровых источников. После того как сформирована плазма в анодном отверстии, поступает импульс ускоряющего напряжения. При этом ускоряющий промежуток сужается плазменной линзой, что позволяет получать значительные электронные токи.

Недостаток этого устройства состоит в большом разбросе энергетического спектра электронного пучка. Разброс энергетического спектра составляет 25-30% Он объясняется тем, что при прохождении электронного пучка через плазму происходит перераспределение электронов по скоростям в продольном направлении из-за возникновения различного типа мелкомасштабных неустойчивостей и взаимодействия возбуждаемой регулярной электромаг- нитной волны с электронным пучком.

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение энергетического разброса электронного пучка.

Указанная цель достигается тем, что плазменная линза выполнена из коаксиально расположенных поджигающего электрода, ферромагнитной прокладки и инициатора разряда с анодом, при этом инициатор разряда выполнен из вещества с работой выхода меньше 2,5 эВ, например окиси или закиси бария, а внутренний диаметр D инициатора разряда удовлетворяет условию:
2,5D_o ≥D≥ 1,0D_o, где D_o диаметр катода.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично показан плазменный источник, состоящий из вакуумной камеры 1, проходного изолятора 2, катода 3, плазменной линзы, расположенной коаксиально с отверстием в аноде. Она состоит из анода 4, ферромагнитной цилиндрической прокладки 5, поджигающего электрода 6 и инициатора разряда 7. Ферромагнитная цилиндрическая прокладка 5 выполнена из магнитодиэлектрика. Поджигающий электрод 6 выполнен в виде тонкого кольцевого электрода, соединенного с генератором зажигания разряда. Инициатором разряда является слой вещества с малой работой выхода, которая должна быть меньше 2,5 эВ. Этими веществами с малой работой выхода могут быть окись или закись бария (ϕ ≈ 1,6 эВ) или другие соединения. Давление остаточного газа в вакуумной камере составляет 10^-5-10^-2 мм рт.ст.

Устройство работает следующим образом. От запускающего генератора 8 поступает импульс запуска на генератор зажигания разряда 9, с которого импульс напряжения поступает на плазменную линзу. При этом по поверхности инициатора разряда зажигается скользящий разряд. Разряд формируется за счет естественных микронеоднородностей инициатора разряда малой его работой выхода. Поскольку инициатор разряда установлен на ферромагнитную цилиндрическую прокладку, то сформированный скользящий разряд, представляющий плазму, является прижатым к поверхности инициатора разряда и ферромагнитной прокладке. В этом случае радиальная скорость расширения плазмы резко уменьшается. После того как сформирована однородная пристеночная плазма в плазменной линзе, на катод и анод от запускающего генератора, через блок временной задержки 10 поступает импульс ускоряющего напряжения с генератора импульсного напряжения 11. На катоде формируется плазма, из которой электрическим полем вытягиваются электроны, которые проходят через плазменную линзу.

При использовании предложенной плазменной линзы энергетический разброс уменьшился в 2,5-3 раза.

Эффективность прохождения составляет ≈ 100%

ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ, содержащий катод, плазменную линзу в отверстии анода, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергетического разброса электронного пучка, плазменная линза выполнена из коаксиально расположенных поджигающего электрода, ферромагнитной прокладки и инициатора разряда с анодом, при этом инициатор разряда выполнен из вещества с работой выхода меньше 2,5 эВ, а внутренний диаметр D инициатора разряда удовлетворяет условию 2,5 D₀ ≥ D ≥ 1,0D (D₀ диаметр катода).