Газоразрядный плазменный катод Советский патент 1982 года по МПК H05H5/02 

для лучшего перекрывания распределений от отдельных разрядных камер. В описанной конструкции плазменного катода для получения па площади 80x30 см распределения с неравномерностью около 20% при обш,ем токе эмиссии 15 А использовано четыре газоразрядных камеры, причем число камер определялось не из требуемого тока эмиссии катода, а из условий обеспечения требуемой равномерности распределения плотности тока.

Необходимость использования большого числа разрядных камер для улучшения распределения плотности тока эмиссии усложняет конструкцию плазменного катода, затрудняет синхронизацию зажигания разряда в камерах и снижает надежность работы катода.

Целью изобретения является улучшение равномерности распределения плотности тока эмиссии и упрош,ение конструкции плазменного катода.

Указанная цель достигается тем, что в плазменном катоде, содержащем газоразрядные камеры на основе дугового контрагированного разряда с холодным катодом и общий экспандер, выполненный в виде полого цилиндра, на боковой поверхности которого расположено закрытое сеткой эмиссионное окно, продольный размер которого близок к высоте цилиндра и в несколько раз превышает размер окна, на торцах экспандера установлены две газоразрядные камеры, оси симметрии которых наклонены относительно продольной оси экспандера в направлении эмиссионного окна. Форма эмиссионного окна плоская с размерами, сравнимыми с требуемым размером пучка, в отличие от цилиндрической формы у прототипа, применявшейся для получения в плоскости коллектора пучка с поперечным размером сечения, превышающим диаметр экспандера. Требуемый угол наклона камер зависит от соотношения продольных и поперечных размеров экспандера.

На чертеже схематично изображен общий вид предложенного плазменного катода, содержащего две газоразрядные камеры 1 и цилиндрический экспандер 2, на боковой поверхности которого имеется эмиссионное окно 3, закрытое сеткой 4. Сетка заглублена в прикатодный электрод 5.

Нлазменный катод работает следующим образом.

При подаче разрядного напряжения в камерах 1 одновременно зажигается дуговой контрагированный разряд. Ускоренные в двойном слое на входе в канал коптрагирования быстрые электроны начинают ионизировать в экспандере через разрядные камеры 1 рабочий газ. Образующаяся в экспандере плазма с более высоким, чем анодный, потенциалом способствует более полному выходу дуги в экспандер и обеспечивает условия для распределенного горения разряда во всем объеме экспандера. Экспандер заполняется газоразрядной плазмой, концентрация которой спадает по мере удаления от отверстий в анодах камер, вблизи которых плотность нейтралов и быстрых электронов максимальна. Распределение плотности плазмы аксиально симметричное с максимумом плотности по осисимметрни камер. Такой характер распределения позволяет компенсировать уменьшение концентрации плазмы к центру эмиссионного окна посредством наклона осей камер в его направлении. Оптимальный угол наклона камер зависит от соотношения размеров экспандера. Из результатов экспериментов следует, что величина угла может быть определена как:

«- arctg.

где d - поперечный размер экспандера; / - продольный размер экспандера. Извлечение электронов при работе плазменного катода в источнике осуществляется через ячейки сетки 4 под действием проникающего через ячейки ускоряющего напряжения. Для нлоскопараллельной геометрии ускоряющего промеж)тка распределение плотности эмиссионного тока соответствует распределению плотности тока по сечению пучка и полностью определяется распределением плотности плазмы у поверхности эмиссионного окна. Меняя заглубление сетки 4 в прикатодном электроде 5, можно формировать пучок с заданной угловой расходимостью и требуемыми размерами в плоскости коллектора.

Испытания опытного образца предложенного плазменного катода с большой эмиттирую щей поверхностью показали, что установка на торцах цилиндрического экспандера двух газоразрядных камер с наклоном осей симметрии камер в направлении расположенного на боковой поверхности экспандера эмиссионного окна позволяет получить в плазменном катоде равномерность распределения плотности эмиссионного тока не хуже, чем при использовании многоэлементных термокатодов. В то же время применение плазменного катода позволяет значительно снизить потребляемую катодом мощность, особенно при работе в импульсном режиме, увеличивает срок непрерывной работы катода и делает его некритичным к вакуумным условиям. По сравнению с плазменным катодом, взятым в качестве прототипа, предлагаемый катод позволяет улучшить распределение плотности эмиссионного тока, уменьшить количество газоразрядных камер и, как следствие этого, упростить конструкцию и повысить надежность работы плазменного катода.

Для опытного образца плазменного катеда с размерами эмиссионного окна бОх X15 см при о,8° и общем разрядном токе камер 20 А неравномерность распределения плотности эмиссионного тока не превышала 10%. Формула изобретения Газоразрядный плазменный катод, содерл ащий газоразрядные камеры и экспандер, выполненный в виде полого цилиндра, на боковой поверхности которого расположено закрытое сеткой эмиссионное окно, продольный размер которого равен длине цилиндра и превышает поперечный размер окна, отличающийся тем, что, с целью улучшения равномерности распределения плотности тока эмиссии и упрощения конструкции плазменного катода, на торцах экспандера установлены две газоразрядные камеры, оси симметрии которых наклонены относительно продольной оси экспандера в направлении эмиссионного окна. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3863163, кл. Н ОШ 29/48, Н 01Н 33/00, 28.01.80. 2.Казьмин Г. С. и др. Электронный диодный ускоритель с большим сечением пучка. Приборы и техника эксперимента, 1977, N° 4, с. 19 (прототип).

/ffj

/ру

Газ