книги из ГПНТБ / Носков Д.А. Электронно-ионное оборудование технологического назначения

Катод иэ о'оонда лантана закреп лен в катодном узле о помощью танталового держателя. Для по­ догрева катода используется вспомогательный катсд в виде двухзаходной спирали из воль­ фрамовой лроЕОЖэки диаметром 0,5 т. Между вспомогательный катодом и основным прикладыва­ ется ускоряющее напряжение 300-500 в .

При разработке катодных узлов кюие элекз^одно-очтиче- ских задач приходится рзш-ть задачи, направленные на уыенхшение отвода тетла от катода. В некоторых конструкциях эта задача решается путем причеаения тепловых экранов ил:! пу­ тем крепления катода с о ^о'лью цилиндрически:'- деталей, рбеспе

чивающих иагую площадь контакта с нагретыми деталями. Принцип кретения и центрирования подогревного катода приведен ва р и с . 2 - г - 3 .

2-2. Плазменные источники электронов

Устройства, s которых электроны эмиттируют(: т с по­ верхности плагин,называют адазыеянмя или газоразрядными источниками з-.ектроноь. Все известные плазменные неточна км в соответствии со способов получения плазм." и формиро ванвя пучке подразделяются на две группы;газоразрядные м терноплазменные.

В группу газоразрядных источников входят источники яа основе отбора электронов с поверхности локализованной шазлы, нстпивяя с лучевой формой разряда и источники, яссаль-ущие ионяо-8леят;, оняу» эмиссию. В источниках на остова orcjt^a элекэронсв с поверхности локализованной в

- 21 -

ограниченной объеме плалмы в зависимости от величины тока могут использоваться различные ВИДЫ электрического разря­ да, а в ьсточниках с лучевой формой разряде и на основе ионно-электпонной эмиссии используется глвзнчм образом высоковольтный тлеющий разряд.

2-2-1. Источники на озновз отбора электронов из плазмы

До принципу отбора электронов и формирования пучвх источники с отбором электронов с поверхности локализован­ ной в ограниченном объеме плазмы близко примыкают, к ус ­ тройствам с накаленным катодом. В том и в дпугоы случаях имеются поверхности, эмиттирующие электроны, и устройства для формирования и ускоренчя электргно^. В зависимости от величгны извлекаемого тока и режима угэлеченил в плазмен­ ных источниках "ля получения плазмы могут использоваться различные виды газового разряда: искр^ой, „уговой с холод- 0 ным и с накалешим катодом, разряд с осцилляцией электро­ нов в магнитном поле и поверхнеотныЕ разряд.

искровой разряд в зависимости пх условий возбуждения может

выхода электронов. Извлечение электронов из ыаомн произво-f дится электргчески:. пелег экстрактора 5, Д/ч ''величеняя то ­ ка электрг'шого пучка в источнике йсг.эльзуеТся кратковрененн~е повышение давления газа за счет испарения материала

электроноь из сфориироьзвшейся разогретой.плазаы поджига­ ющей искры, а не сначала плазмообразования, то есть при запаздывании импульса извлекающего напряжения относитель­ но поджигающего инпульса.

В некоторых HCKPOBJX источниках предусмотрена электро­ статическая фокусировка извлекаемою пучке. Например, для лервоначачьного формирования пучка используется квазипирсовская онмс-ча электродов. Пода: гающий электрод имеет коническую поверхность, обращенную к экстрактору (угол при вершине 135°). За анодным отверстием установлен стек­ лянный цилиндр, обеспечивающий дополнительное састие пуч­ ка за счет радиального поля, создаваемого отрицательным

- 23 -

Принцип устройства одного из источников показан на рис.2-2-2. Плазма формируется в парах птути в нижней ка­ мере источника, где между ртутным катодом и вспомогатель­ ным анодом горит дуга при напряжении порядка 10 в . Катод­ ное пятно с помощью никелевого стержня 3 фиксируется про­

- 25 -

Примером таких источников может служить источник элек­ тронов дуоллаэмотронного типа. Принцип устройств дуоплазнотрона представлен на рио.2-2-3. Газоразрядная камера, в которой формируется плазма, состоит из термокатода, проме­ жуточного электрода и анода. При подаче на промежуточный электрод и анод положительного относительно катода потен­ циала между анодом и катодом зажигается дуговой разряд, ноатрагируемый промежуточным электродом, потенциал которо­

рый обеспечивает уплотнение плазменного шнура в результате фокусирующего воздействия слоя плазмы на электроны. Нали­ чие двойных электрических илоез обусловливает соответствую­ щее направленное движение носителей зарядов в положительном столбе. Ускорение электронов в канале промеаут.очного элект­ рода способствует увеличению интенсивности ионизации газа в повышения плотьости плазмы в эмиссионном отверстии* Надоае-

эмиссионное отверстие в промежуток извлечения, где под дей­ ствием поля экстрактора формируется эмиттиручдая поверх­ ность и производится отбор электронов.

ченного тока осуществляется изменением напряжения горения • разряда или потенциала промежуточно:} электроде. Иаконмальвая величина тока ограничивается обычно дду:я факторами:

плазмы (Ю~*-*10~^ тор) и езязаавые о этам трудвост» поддэ]^ жааин необходимого перепада давления. v

яысокой плотности плазмы при низких давлениях в разряде с холодными катодами открывается возможность создания эконо­ мичных эффективных источников с высоковольтной экстракцией электронов. В настоящее время в электронных источниках используются модифицированный пеннинговсчий разряд, возбуж­ даемый в системе, состоящей пэ двух противостоящих катодов и цилиндрического анода, расположенного между ними.Мегнитное поле, напразленлое параллельно оси симметрии анода,за­ трудняет радиальный дрей* электрогов, эмиттируемых катода­ ми в результате ионио-рлектронной эмиссии, к аноду,вслед­ ствие чего дпина пути их двьхеиия в камере (продольные ко­ лебания и циклотронное вращение) существенно превышает междуэлб.стро;лые расстояния, что приводит к повышению сте­ пени газе в разрядной камере.

На основе разряда с осцилляцией электронов в магнитном поле р^работано несколько конструкций источников с извле­ чением ионов через отверстие в катоде (продольное извлече­ ние) и в аноде (поперечное извлечение). Источники с про­ дольным извлечением иэготоглевы как с холодными катодами, так т с ва: зленным катодгм. Однако эти источники широкого распространения не получили из-за низкой эффективности из ­ влечения.

мы! условием эффективного извлечения является локальное нарушение аксиальной симметрии электрического и магнитного по.;ей в области эмиссионного отверстия. Принцип устройства источника показан на рпс.2-2-4. Разрядная камера образова­ на стальными полюсными наконечниками, выполняющими одно­

туру извлекающего электрода н образуют пучок, ток которого

элементов системы извлечения обеспечивают достато«зо высокий

- 29 -

2-2-2. Электронные пушки на понове высоко­ вольтного разряда в разр&еннои газе

Высоковольтный разряд при определенных условиях ыог^х поддерживаться в форме лучевого разряда, когда обеспечива­ ется формирование электронного луча. Л а форма разряда из ­ вестна еще со времен экспериментов Крукса, Брауна, Томсона

В настоящее время созданы электронные лушад, в которых ис ­ пользуются я осно-ном две формы лучевого разряда: рааряд в системе электродов специальной конфигурации с полым анодом, обеспечивающей формирование электронного луча при большом катодном падении потенциала, и лучер-^й разряд с полым като­ дом,

2-2-2-1. Электронные пушки с полым анодом

Принцип действия электронных пушек на основе высоко­ вольтного разряда с катодным падением потенциала состой в том, что' пучок формируется иэ электронов, эмиттируемых хо-.

додным катодом в результате ионной бомбардировки, а геомет- • рия анода выбирает я такой, чтобы плазма формировалась в пространстве за апертурой анода. Это достигается тем, ч«о давление и длина разрядного пронежуть. подбираются соответ­ ствующими левой ветви кривой Пашена,и электроны, змитти^о- ванй-е катодом, двинутся до анода,нак в вакууме, В формиро­ вания плазмы за апертурой анода (см.рис,2-2-6) участвуй! в вторичные электроны,выбитые иа стенок полого анода, л по-? ложитвльныз ионы, . ыхягиваемие из плазмы и образующие поло- . аи^ельный пространственный заряд.

формирование пучка •> пушках о ионио-элекзронной эмис­ сией и высоковольтным разряде1 ! о поаым анодом возможно дву­ мя cpoiroosaa, Нерв 3 основывается на электростатической фокусировке авизируемых катодом ^ленг!ронов и осуществляет-^ . ся в сио-зек'" глеиродов специальной jeouespa? (см.рис.2-2-6). Дефонасиру*;-. « втояеае з-нодной апертуры на ускоренный пучок