Источники с холодным катодом

В источниках с холодным катодом (рис.9) используется так называемый разряд Пенинга.

Рис.9. Схема источника с холодным катодом

Эти источники применяются главным образом в тех случаях, когда нужно получить большую силу тока в им­пульсном режиме. Так, например, источники с холодным катодом позволяют осуществлять импульсную работу в течение 100…400 мкс с частотой посылок 0,1…0,3 гц при токе в импульсе порядка 5…20 ма. В длительном режиме этот источник обеспечивает ток порядка 100 мка. Характерным для источника с холодным катодом является сравнительно малое содержание атомарных ионов в длительном режиме. Эта составляющая тока пучка оценивается в 10…20 % от общего тока. В импульсном режиме число атомарных ионов обычное для всех ионных источников — порядка 60 %. Поэтому источники с холодным катодом применяются главным образом для импульсной работы ускорителя, которая необходима, в частности, в тех случаях, когда ускоритель прямого действия является начальной частью (форинжектором, инжектором) циклического ускорителя.

Для длительной работы источники с холодным катодом применяют главным образом в тех случаях, когда требуется ускорить молекулярные ионы. Потребность в ускоренном пучке молекуляр­ных ионов наблюдается при некоторых работах в области ядерной физики.

На рисунке приведена одна из распространенных конструк­тивных схем источника с холодным катодом; основные ее элементы.

Разрядная камера ис­точника расположена в верхней части чертежа. Разряд осуществляется в магнитном поле, силовые линии которого проходят сверху вниз. Магнитное поле создается катуш­ками, через которые про­ходит постоянный ток. В источнике имеются два ка­тода, выполненные в виде алюминиевых шайб, при­крепленных к полюсам магнита. Анод размещает­ся в середине между ка­тодами.

Эмиссия электронов с алюминиевых катодов, ко­торая появляется в ре­зультате бомбардировки катодов положительными ионами, ускоренными раз­ностью потенциалов между анодом и катодами, срав­нительно невелика. Однако в этой системе одни и те же электроны совершают многократные колебания в пространстве между катодами. Электроны, выходящие из верхнего катода и ускоряемые анодным напряжением, проходят через отверстие анода, попа­дают в замедляющее их электрическое поле и, не доходя до ниж­него катода, возвращаются обратно. Каждый электрон проходит это расстояние большое число раз и эффективно ионизирует газ. Специальные углубления в катодах и кольцевой выступ на аноде, формы и размеры которых подбираются экспериментально, создают в разрядной камере такое электрическое поле, которое в комбинации с аксиальным магнитным полем обеспечивает макси­мальную плотность электронов вблизи оси камеры.

На рисунке 10 приведена электрическая схема питания источника.

Рис. 10. Электрическая схема питания источника с холодным катодом.

На рисунке 11 приведен внешний вид источника с холодным катодом.

Рис. 11. Внешний вид источника с холодным катодом.