Исследование взрывоэмиссионных процессов на жидкометаллических катодах

• Автор: Попов, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 144 с. : ил

Оглавление
Введение

1 Методика подготовки и проведения экспериментов

1.1 Вакуумные условия

1.2 Подготовка ЖМК

1.3 Электрическая схема экспериментов.

1.4 Выводы

2 Особенности инициирования пробоя вакуумных промежутков

с жидкометаллическим катодом

2.1 Введение

2.2 Поверхность жидкого металла в сильном электрическом поле . .

2.3 Оригинальные результаты по исследованию
ЭГД неустойчивости
2.3.1 Наблюдение динамики развития электрогидродинамической
неустойчивости на поверхности жидкометаллического катода .
2.3.2 Исследование конечной формы эмиссионного выступа .
2.3.3 Исследование полного времени роста выступа
2.4 Выводы
3 Исследование удельной эрозии ЖМК
3.1 Введение
3.2 Методика измерений удельной эрозии
3.3 Результаты измерений удельной эрозии
3.3.1 Удельная эрозия ЖМК капиллярного типа.
3.3.2 Удельная эрозия острийного катода.
3.3.3 Исследования эрозии иглы острийного ЖМК.
3.3.4 Модель эрозионных процессов на ЖМК острийного типа .
3.4 Выводы
4 Эмиссия капель жидкометаллическим катодом
4.1 Методика эксперимента
4.1.1 Методы анализа осадка на подложках.
4.1.2 Методы исследований скоростного спектра капель.
4.2 Результаты.
4.2.1 Распределение капель по размерам.
4.2.2 Зависимость между скоростями капель и их размерами . .
4.3 Обсуждение результатов.
4.4 Выводы.
5 Исследование катодной плазмы
5.1 Введение.
5.2 Методика экспериментов
5.3 Результаты и их обсуждение.
5.3.1 Исследование концентрация плазмы.
5.3.2 Исследование скорости разлета плазмы.
5.3.3 Исследование доли ионного тока.
5.3.4 Исследование зарядового состава ионов
5.3.5 Измерение электронной температуры методом зондовых
характеристик
5.4 Выводы.
Приложение.
Источники импульсных электронных пучков на основе взрывоэмиссионных жидкометаллических катодов.
6.1 Введение.
6.2 Источники иизкоэненгетических пучков
6.3 Источник импульсного электронного пучка па основе каскадного
генератора импульсов высокого напряжения.
6.3.1 Вывод электронного пучка в атмосферу.
6.3.2 Источник рентгеновского излучения
6.4 Выводы.
Заключение
Литература


Такое уменьшение ионной эрозии происходит как за счет уменьшения доли ионного тока, так и за счет повышения среднего заряда ионов катодной плазмы. Экспериментально установлена зависимость между размерами эмитированных ЖМК микрокаиель и их максимальными скоростями в диапазоне скоростей 3 4 ° см/с, не только подтверждающая механизм эмиссии капель под действием развиваемых в эмиссионной зоне давлений, но также указывающая на существование механизмов доускорения капель размерами менее 0. Получены эмпирические соотношения, описывающие зависимость направленной компоненты скорости ионов катодной плазмы в высоковольтной стадии разряда в вакуумном диоде с ЖМК от параметров разряда и разрядного контура. Установлено, что скорость нарастания тока разряда является универсальным параметром, определяющим скорость ионов. Поскольку исследования работы ЖМК проводились различными методами, эти методы будут описаны каждый в начале соответствующего раздела диссертации. В данной части работы мы опишем вакуумную систему, конструкции исследованных в работе ЖМК, а также общие для всех разделов схемы электрического питания ЖМК и регистрации тока и напряжения разряда. Использованная для проведения экспериментов вакуумная система позволяла проводить их в условиях сверхвысокого безмасляного вакуума при давлении остаточных газов 8 — 1СГ7 Topp. Схематически вакуумная система показана на рис. Вакуумная камера была изготовлена из нержавеющей стали, имелась возможность её длительнот прогрева при температуре 0°С и последующего отсоединения от системы откачки с использованием медного уплотнения. Откачка осуществлялась в четыре стадии. Механический насос N1 тина ВН-1М с глицерином в качестве рабочей жидкости создавал предварительное разрежение ~ 1 Topp. Использование глицерина было обусловлено тем, что продукты его разложения не содержат тяжелых углеводородов и легко откачиваются магниторазрядным насосом. Далее сорбционный цеолитовый насос NS, охлаждаемый жидким азотом, откачивал систему до давления ~ “3 Topp. Магниторазрядный насос NM типа НМДО-О. ЫМДО-0. Topp. Для получения сверхвысокого вакуума был предусмотрен титановый сублимационный насос NG. Вакуум контролировался магниторазрядным вакуумметром РМ типа ВМБ-1/8 и масс-спектрометром S типа МХ-. Рис. Схема вакуумной системы. Г-механический вакуумный насос; N5- сорбционный криогенный заливной насос; ММ - магниторазрядный насос; N6- геттерный титановый насос; РТ- термопарный вакуумметр; РМ- магниторазрядный вакуумметр; Б- масс-спектрометр; УР1-УР4- вакуумные вентили; УТ- вакуумный затвор тарельчатого (дискового) типа. Часть экспериментов но исследованию скоростей капель, а также при испытании макета многоострийного эмиттера, проводилась в техническом вакууме ~ ~5 Торр, создаваемом диффузионным паромасляным насосом с использованием охлаждаемой жидким азотом ловушки. Специальными экспериментами было установлено, что при работе катода на частоте в сотни герц "чистота''вакуума не сказывается ни на качестве работы ЖМК, ни на характере исследуемых в конкретных экспериментах физических процессах. По-видимому, это связано с тем, что при такой частоте за промежуток времени между очередными импульсами поверхности катода и анода не успевают покрыться монослоем адсорбированного газа, а в процессе каждого разряда происходит их очистка от адсорбированных молекул. В экспериментах использовались ЖМК капиллярного и острийного типов, показанные схематически на рис. В качестве заготовок капилляров капиллярных и острийно-капиллярных ЖМК использовались трубки из нержавеющей стали (медицинские иглы) с внутренним и внешним диаметром соответственно 0. Рис. Рис. Острийные (острийно-капиллярные) ЖМК представляли собой аналогичные капилляры с выдвинутой на некоторое расстояние Ь из рабочего торца иглой, смоченной (залуженной) рабочей жидкостью (рис. Иглы изготовлялись из вольфрамовой проволоки диаметром 0. И ратворе ЯаОЯ, как описано в []. После травления они имели полусферическую вершину, радиус кривизны поверхности вершины игл (далее “радиус вершины’’) составлял ~ мкм, а углы при вершинах составляли ~ ° (рис. Рабочей жидкостью катодов служил эвтектический сплав 1п-Са.