3.4 Измерение скорости разлета катодной плазмы

1. Метод заземленной сетки и коллектора впервые был применен при исследовании взрыва автоэлектронных эмиттеров ., Когда образовавшаяся при взрыве автоэлектронного эмиттера плазма КФ достигает заземленной сетки, между катодом и сеткой возникает дуговой разряд, при этом ток на коллектор резко уменьшается. Измеряя время протекания тока в цепи коллектора t_кол при расстоянии эмиттер  сетка d, можно определить скорость разлета катодной плазмы v_к = d/t_кол.

2. Фотоэлектрический метод впервые применен при исследовании моментов появления свечения в вакуумном промежутке при пробое на постоянном и импульсном напряжении Для случая электродов из меди и молибдена скорость движения катодной плазмы составила около 210⁶ см/с.

3. Метод поперечного магнитного поля [11]. Если на вакуумный промежуток с КФ наложить поперечное магнитное поле напряженностью Н, то максимальное расстояние, на которое электрон удаляется от эмиттирующей поверхности катодной плазмы, будет

y = 2mE/eH². При определенных значениях напряженностей полей Е и Н значение у_max становится меньше длины промежутка d. Вследствие этого электроны на анод будут попадать с некоторой задержкой во времени t относительно начала роста тока на катоде; ток будет замыкаться помимо цепи катоданод на стенки разрядной камеры. Обнаружено, что с увеличением напряженности магнитного поля растет время t и соответственно уменьшается время роста тока в цепи анода. Скорость движения эмиссионной границы КФ определялась из выражения v = (d  y)/t. Оказалось, что v уменьшается с ростом Н примерно от 210⁶ до 1.610⁶ см/с. Этот факт связан с влиянием давления магнитного поля на плазму.

4. Метод эрозионной метки на аноде, основанный на том факте, что в искровой стадии разряда происходит эрозия анода под действием мощного электронного потока. В случае острийного катода след эрозии имеет вид круга. По скорости роста радиуса эрозионного пятна можно оценить поперечную скорость расширения КФ.. Из зависимости радиуса эрозионного пятна на аноде от длительности импульса следовало, что скорость роста радиуса эрозии составляет (2.0-2.3)10⁶ см/с.

Таблица 3.1. Скорости разлета катодной плазмы ряда металлов.

Металл	Al	Cu	Pb	Mo	Ni	W
Скорость, 106 см/с	1.8	1.7	1.0	1.8	1.4	1.8

3.4 Структура тока электронов

Типичные осциллограммы тока в диоде показаны на рис. 3.7. В начальной стадии ток монотонно возрастает вследствие сокращения вакуумного промежутка и увеличения эмиттирующей поверхности катодного факела (КФ). Скорость монотонного роста тока можно изменять в значительных пределах (от 10⁷до 10¹¹А/с), варьируя значенияU₀иd В этой стадии наблюдается хорошая воспроизводимость осциллограмм по форме и амплитуде в течение многих импульсов.

Рис.3.7 Осциллограммы плотности тока на аноде. а) 1  U0 = 20 кВ, d = 1 мм, r = 0; 2  U0 = 30 кВ, d = 1 мм, r = 0;3  U0 = 30 кВ, d = 1 мм, r = 0,8 мм; 4  U0 = 30 кВ, d = 2 мм, r = 0;5  U0 = 30 кВ, d = 2 мм, r = 2 мм; 6  U0 = 20 кВ, d = 4 мм, r = 0;7  U0 = 30 кВ, d = 4 мм, r = 0;б) U0 = 200 кВ, r = 0; 1  d = 7 мм; 2  d = 17 мм; r  расстояние от оси разряда.

При достижении током определенного для данных U₀иdзначения эмиссия электронов из факела становится неустойчивой. Например, в случаеU₀= 30 кВ иd = 2 мм примерно через 40 нс после возникновения КФ появляются отдельные выбросы тока длительностью 10^-8с и амплитудой, в 1.52 раза превышающей значение тока непосредственно перед выбросом. После выбросов ток уменьшается до значений, соответствующих монотонному росту без выбросов.