Динамика Импульсного Магнетронного Разряда В Сильноточной Электронной Пушке

Abstract

С помощью скоростной видеосъемки исследована динамика импульсного газового разряда низкого давления (аргон 0.053−0.133 Pa) в планарном магнетроне, встроенном во взрывоэмиссионный катод сильноточной электронной пушки. Установлено, что вначале разряд зажигается у боковой поверхности катода и лишь затем переходит на его торцевую поверхность. Исследована зависимость стабильности момента зажигания разряда на торцевой поверхности катода от давления рабочего газа и конструкции катода. Установлено, что наложение импульсного продольного магнитного поля приводит к переключению разряда в аксиальном направлении на коллектор электронной пушки. Представлено качественное объяснение наблюдаемого поведения разряда. DOI: 10.21883/JTF.2017.11.45123.2217 Введение Источники нерелятивистских (10−30 keV) сильноточ-ных (10−25 kA) импульсных (2−4 µs) электронных пуч-ков (НСЭП) со взрывоэмиссионным катодом и плазмен-ным анодом на основе сильноточного отражательного (пеннинговского) разряда (ОР) представляют большой интерес для поверхностной обработки материалов и уже нашли достаточно широкое применение [1][2][3][4]. В то же время ряд вопросов их формирования и транспортиров-ки изучен пока недостаточно, несмотря на то что иссле-дованию физики и техники сильноточных электронных пучков посвящено огромное количество оригинальных работ и целый ряд монографий [5][6][7]. К числу мало-изученных вопросов физики и техники НСЭП следует отнести проблему однородности распределения плотно-сти тока (энергии) пучка по его поперечному сечению, которая является одной из ключевых с точки зрения поверхностной обработки материалов [3,[8][9][10][11], особен-но при решении задач, связанных с формированием поверхностных сплавов из предварительно нанесенных покрытий [12].Суть проблемы однородности сильноточных элек-тронных пучков заключается в следующем. Плотности тока электронов и ионов в двойном слое, в котором формируется электронный пучок, связаны между собой соотношением Ленгмюра: j e = j i (M/m) 1/2 , где M и m -массы иона и электрона соответственно. На первый взгляд для обеспечения однородности плотности тока НСЭП, j e (r), необходима соответствующая однород-ность распределения плотности ионного тока, j i (r), по сечению плазменного анода. Однако исследования и опыт эксплуатации сильноточных электронных пушек показали, что при однородном распределении j i (r) рас-пределение плотности энергии пучка на мишени тем не менее имеет ярко выраженный максимум в центральной части [8,10]. Одной из причин такой трансформации электронного пучка в процессе транспортировки в плаз-менном канале является накопление ионов плазмы в приосевой области пучка под действием его собствен-ного радиального электрического поля, появляющегося на стадии нарастания тока вследствие запаздывания зарядовой нейтрализации [6]. Дополнительный вклад в увеличение плотности энергии в центральной области пучка обусловлен действием его собственного магнит-ного поля, которое сравнимо по величине с ведущим магнитным полем (0.15−0.25 T).Для компенсации этого негативного эффекта " фоку-сировки" НСЭП ...

Характеристики Сильноточной Электронной Пушки С Плазменным Анодом На Основе Гибридного Разряда

“…Видно, что с ростом напряжения и давления время, необходимое для зажигания сильноточного ОР, сокращается, причем напряжение влияет более существенно. Отметим, что в случае гибридного разряда значения этих времен задержки существенно меньше значений, характерных для обычного ОР, что обусловлено обнулением статистического времени запаздывания при впрыске электронов от стороннего источника (в нашем случае из вакуумных искр-дуг) [1][2][3]5,6].…”

“…Плазменный анод является одним из ключевых элементов таких пушек; наиболее часто для формирования плазменного анода используют сильноточный отражательный (пеннинговский) разряд (ОР) [1][2][3][4]. Для улучшения однородности распределения плотности энергии по сечению пучка предпочтительно создавать плазменный анод с концентрацией ионов, увеличенной в периферийной области [5,6]. Для этой цели в [5,6] использовался гибридный разряд, сочетающий сильноточный ОР с вакуумными дугами, инициируемыми искровым пробоем по поверхности диэлектрика.…”

“…Для улучшения однородности распределения плотности энергии по сечению пучка предпочтительно создавать плазменный анод с концентрацией ионов, увеличенной в периферийной области [5,6]. Для этой цели в [5,6] использовался гибридный разряд, сочетающий сильноточный ОР с вакуумными дугами, инициируемыми искровым пробоем по поверхности диэлектрика. Катоды дуговых источников плазмы (12 штук) встраивались непосредственно в кольцевой анод ОР, являвшимся одновременно их общим анодом, и заземлялись через резисторы.…”