Разработка методов формирования интенсивных электронных и ионных пучков микросекундной длительности, создание на их основе ускорителей и их применение

• Автор: Энгелько, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 338 с. : ил

Содержание
Введение
1. Формирование электронных пучков микросекундной 12 длительности в диодах с магнитной изоляцией

1.1. Основные принципы работы диодов с магнитной изоляцией.

1.2. Диод, изолированный неоднородным магнитным полем (ДНМП).

1.2.1. Экспериментальные установки и методика измерений.

1.2.2. Влияние обратного тока электронов на длительность формирования пучка 28 в ДНМП.

1.2.3. Влияние величины и распределения магнитного поля на характеристики 32 ДНМП.

1.2.4. Динамика катодной и коллекторной плазмы в ДНМП.

1.2.5. Влияние осцилляций электронов в области формирования на работу 44 ДНМП.

1.2.6. Влияние потока ионов с коллектора и из канала дрейфа на работу ДНМП.
1.2.7. Характеристики электронных пучков, формируемых в ДНМП.
1.2.8. Выводы.
1.3. Работа диода с магнитной самоизоляцией в микросекундном диапазоне 66 длительности импульса.
1.3.1. Экспериментальная установка и методика исследований.
1.3.2. Расчет переходных процессов при подключении ГИН к однородной 69 коаксиальной ВЛМС
1.3.3. Вольтамперные характеристики ВЛМС
1.3.4. Характеристики электронного пучка в ВЛМС
1.3.5. Распределение электронного тока на внешний электрод в выходной 78 области ВЛМС
1.3.6. Характеристики ВЛМС при наличии неоднородностей электрического и 80 магнитного полей
1.3.7. Выводы
2. Электронные источники с многоострийными 84 взрывоэмиссионными катодами (МВК).
2.1. Введение
2.2. Общие закономерности работы МВК в микросекундном диапазоне 87 длительности импульса.

2.2.1.Экспериментальная установка и методика исследований.
2.2.2.Результаты исследований.
2.3. Анализ работы МВК в микросекундном диапазоне длительности 106 импульса.
2.3.1. Возбуждение взрывной эмиссии.
2.3.2. Динамика катодной плазмы.
2.3.3.Неоднородность катодной плазмы и ее взаимодействие с окружающими 118 поверхностями.
2.4. Методы улучшения однородности и стабильности работы МВК.
2.4.1. Улучшение однородности возбуждения эмиссии.
2.4.2. Стабилизация токов острнй.
2.4.3. Устранение паразитных эмиссионных центров.
2.5. Характеристики работы диода со стабилизированным МВК.
2.5.1. Возбуждение эмиссии.
2.5.2. Особенности формирования электронного потока.
2.5.3. Динамика катодной плазмы.
2.5.4. Влияние анодных процессов на работу диода с МВК.
2.5.5. Влияние внешнего магнитного поля на работу диода с МВК.
2.6. Триодная схема источника с МВК.
2.7. Работа источников с МВК в частотном режиме.
2.8. Многоострийный катод с управляющим разрядом.
2.9. Выводы.
3. Формирование аксиально-симметричных электронных пучков
микросекундной длительности с помощью источников с МВК.
3.1. Формирование трубчатых пучков.
3.1.1. Экспериментальные установки и методика исследований.
3.1.2. Результаты исследований.
3.2. Формирование сплошных цилиндрических пучков.
3.2.1. Экспериментальные установки и методика исследований.
3.2.2. Вольтамперные характеристики.
3.2.3. Распределение плотности тока.
3.2.4. Прецессия электронного пучка.
3.2.5. Угловое распределение электронов пучка.
3.2.6. Динамика потенциала пучка в канале дрейфа.
3.2.7. Влияние потоков заряженных частиц и плазмы с мишени на
характеристики электронного пучка.

3.2.7.1. Влияние отраженных электронов на величину тока пучка.
3.2.7.2. Влияние отраженных электронов на распределение энерговклада
пучка по глубине мишени.
3.2.7.3. Формирование потоков ионов и плазмы с мишени.
3.2.7.4. Влияние потока ионов с мишени на распределение плотности тока по 238 сечению пучка.
3.3. Выводы
4. Повышение кинетической энергии электронов.
4.1. Ускоряющая структура с внутренним расположением магнитной 244 системы.
4.2. Ускоряющая структура с наружным расположением магнитной 248 системы.
4.3. Выводы.
5. Формирование интенсивных ионных пучков микросекундной 253 длительности.
5.1. Генерация протонных пучков большой площади.
5.2. Фокусировка протонного пучка с высоким коэффициентом компрессии.
5.3. Получение пучков ионов вольфрама и углерода.
5.4. Электронно-ионный источник для комбинированной обработки 277 поверхности материалов.
5.5. Выводы.
6. Применение интенсивных электронных пучков микросекундной 280 длительности.
6.1. Генерация мощных импульсов рентгеновского излучения.
6.2. Генерация мощных импульсов СВЧ-излучения.
6.3. Исследование эрозии материалов дивертора установки ИТЭР при срывах 284 плазмы и развитии гидродинамических неустойчивостей.
6.4. Электронные пушки для мощных газовых лазеров.
6.5. Улучшение электрофизических свойств контакта металл- 286 полупроводник.
6.6. Отжиг металлов после ионной имплантации.
6.7. Модификация свойств поверхности материалов.
6.7.1. Изменение структурно-фазового состояния материалов.
6.7.2. Повышение микротвердости поверхности.

Вш• кГс

Рис.1.18. Зависимость длительности импульса напряжения от Вы (а) и Вдт (б)
при / = 13 (7) и 3 см (2).
Из приведенных выше результатов видно, что при оптимальном согласовании электрического и магнитного полей в диоде перемыкания плазмой промежутков катод-анод и катод-коллектор не происходит в течение всего импульса и, следовательно, максимальная величина г„ определяется емкостью ГИНа установки СИД (0.125 мкФ). Это позволило предположить, что при увеличении емкости ГИНа может быть достигнуто увеличение ги. Ниже приводятся результаты экспериментов, проведенных при увеличенной емкости ГИНа, равной 0.2 и 0.8 мкФ. Кроме этого была увеличена индуктивность соленоида, изолирующего изолятор диода, и изменена геометрия анода для улучшения его магнитной изоляции.
Схема эксперимента показана на Рис.1.19 [73]. Диаметр катода был равен 5 см. Длина ускоряющего промежутка 8 см. Расстояние между катодом и графитовым коллектором 115 см. Индукция магнитного поля на катоде и в канале дрейфа была равна 0.2-0.25 и 0.95 Т соответственно.
При увеличении емкости ГИНа С до 0.2 мкФ длительность импульса возросла до 25-30 мкс. Это время приблизительно соответствует времени разряда ГИНа через диод и соленоид, изолирующий ускорительную трубку. Дальнейшее увеличение С до 0.8 мкФ привело к увеличению разброса ти. Максимальная ее величина в этом случае достигала 50 мкс, а минимальная 25-30 мкс. Зависимость г„ от С показана на Рис. 1.20.
На Рис. 1.21 показаны осциллограммы импульсов напряжения на ускоряющем промежутке и тока коллектор 4 при различной емкости ГИНа. При С=0.125 мкФ ток 4 монотонно уменьшается вслед за напряжением в течение всего импульса. Иногда примерно через 7-10 мкс после начала импульса наблюдается небольшой всплеск длительностью несколько микросекунд. Момент появления всплеска не зависит от расстояний катод-анод и катод-коллектор, величины ускоряющего напряжения, а также величины и распределения