Объемная стационарная плазма малой плотности и ее использование для получения электронных и ионных пучков большого сечения

• Автор: Мартенс, Владимир Яковлевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 228 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

1. Анализ методов создания объемной плазмы и ее эмиссионных свойств

1.1. Плазменные эмитгеры на основе объемных разрядов

1.2. Плазменные эмиттеры на основе инжекции заряженных частиц

из вспомогательного разряда с плотной плазмой

1.3. Вывода и постановка задачи.

2. Некоторые особенности неравновесной плазмы

2.1. Переходная область между неравновесной плазмой и отрицательным электродом.

2.1.1. Модель переходной области

2.1.2. Критерии образования слоя положительного объемного

заряда и их анализ
2.1.3. Распределение плогности заряда в слое
2.1.4. Критерии образования вторичной плазмы. Структура переходной области
2.2. Эмиссия ионов из неравновесной плазмы
2.3. Изолированный электрод в плазме, содержащей
направленный поток электронов
2.4. Использование двойного изолированного зонда для исследования
направленных потоков заряженных частиц в плазме
3. Проникновение плазмы из отражательного разряда в полый электрод.
3.1. Техника и методика эксперимент а.
3.2. Параметры плазмы отражательного разряда
3.3. Проникновение плазмы в формирователь при различных
его потенциалах и давлениях газа.
4. Создание объемной плазмы потоком электронов
и ее эмиссионные свойства.
4.1. Механизм образования и свойства объемной
плазмы в формирователе.
4.2. Анализ распределения потенциала пространства в формирователе
4.2.1. Потенциал коллектора рс 0
4.2.2. Потенциал коллектора фс 0. Положительно заряженный электронный пучок.
4.3. Управление распределением плотности тока по
поверхности плазменного эмиттера
4.4. Управление током эмиссии.
5. Создание эмитирующей плазмы объемными разрядами, инициируемыми и поддерживаемыми вспомогательными разрядами
5.1. Генерация эмитирующей плазмы объемными разрядами
в формирователе.
5.2. Исследование объемного отражательного разряда
5.3. Инициирование объемного разряда с клинообразным
полым катодом.
6. Эмиссионные свойства высоковольтного отражательного разряда
6.1. Задачи и техника эксперимента
6.2. Эмиссия заряженных частиц из высоковольтного
отражательного разряда
6.3. Ионноэлектронная эмиссия с внешней поверхности эмиссионного электрода
7. Плазменные источники заряженных частиц непрерывного
деист вия с эмиттерами большой площади.
7.1. Электронные пушки непрерывного действия с плазменным
катодом большой площади .
7.2. Ионные источники с пучками большого сечения
7.3. Применение разработанных источников заряженных частиц.
Заключение
Литература


Механизм образования плазмы в большом объеме может существенно измениться при наличии потока ионов или электронов, выходящих из вспомогательного разряда. Так, например, в ионных эмиттерах [,] на основе дугового разряда, контрагированного в скрещенных полях, одним из определяющих факторов, обеспечивающих генерацию плазмы в катодной полости, является поток ионов, ускоренных в двойном электрическом слое. Электроны, образованные в результате ионно-электронной эмиссии при бомбардировке ионами стенок полости, ускоряются в катодном падении. Потеряв часть энергии при взаимодействии с катодной плазмой, они многократно осциллируют в полости и обеспечивают размножение электронов за счет ионизирующих столкновений. Высокая эффективность эмиттеров такого типа во многом определяется наличием ионного потока, направленного в сторону эмиссионного электрода. Эффективной эмиссии электронов препятствует потенциальный барьер вблизи стенок катодной полости. Для электронных эмиттеров предпочтительным представляется использование анодной части дугового контрагированного разряда. Для зажигания дуги низкого давления могут использоваться различные системы инициирования [9]. Конструкция одного из первых вариантов электронного эмиттера на основе дугового контрагированного разряда с холодным катодом приведена на рис. Разрядная камера образована пеннинговской электродной системой, содержащей два магниевых катода 1 и промежуточный анод 2, и полым анодом 3. При подаче напряжения между электродами зажигается отражательный (пен-нинговекий) разряд, который инициирует дуговой разряд между холодными катодами и полым анодом, контрагированный отверстием в промежуточном аноде. Анодная плазма и часть потока электронов, ускоренных в двойном электрическом слое, образуемом вблизи промежуточного анода, проникают в анодную полость, вблизи сетчатой поверхности 4 которой формируется плазменная эмитирующая поверхность. Управление распределением плотности тока по поверхности эмиттера осуществляется введением внутрь полого анода дополнительного электрода, имеющего форму тела вращения []. Рис. Рис. При диаметре полого анода см обеспечивается ток эмиссии электронов до 4 А при эффективности эмиссии - - % и экономичности - 2,5 мА/Вт. С целью увеличения площади эмитирующей поверхности плазмы были разработаны эмиттеры, в которых четыре [] или две [] разрядные камеры, подобные описанным выше, работают на один полый анод. Возможным механизмом релаксации являются коллективные взаимодействия, приводящие к раскачке в системе пучок-плазма ленгмюровских колебаний, эффективной передаче энергии пучка плазме и потере поступательной скорости электронов. Ионный компонент плазмы образуется в результате ионизации газа быстрыми и плазменными электронами. Оценим возможность создания объемной плазмы с плотностью до 9 см~3 на основе рассмотренного механизма. Ире - частота плазменных колебаний; А - кулоновский логарифм, который в нашем случае равен -. Лп* = ъеЬ[2%те/(кТ')]/2 =[4жиь/(кТс)1/2, (1. Ыь - напряжение, ускоряющее электроны потока. Подставив (1. V =ке2/(ео;«р)1/2. Ш.()/(кТ,пе)]'2иьЛ. Оценка величины Хг при пе = 9 см 3, Те = эВ и падении напряжения на двойном электрическом слое в дуговом контрагированном разряде Ыь = (-0) В дает значения (-) см. Примером эмиттера, в котором объемный разряд инициируется и поддерживается вспомогательным разрядом, может служить дуоиигатрон [,-]. Дуопиіатрон создан в результате усовершенствования дуоплазматрона за счет' введения за анодом дополнительной камеры относительно большого диаметра, в которой возбуждается объемный отражательный разряд. Конструкция эмиттера дуопигатронного типа с эмитирующей поверхностью плазмы диаметром см [] представлена на рис. Электроны, поставляемые в анодную область дуговым контрагированным разрядом с накаленными катодами, осциллируют между промежуточным и эмиссионным электродами в продольном магнитном поле. С целью увеличения однородности плазмы и эффективности эмиттера вблизи анодных стенок введено многополюсное магнитное поле. Повышение однородности эмитирующей плазмы может быть осуществлено с помощью осевой и кольцевой вставок, устанавливаемых вблизи промежуточного электрода [].