Файл: Ненакаливаемые катоды..pdf

8.4.Управление возбуждением взрывной эмиссии

иуправляемые источники электронов

Рассмотренные в предыдущем разделе источники электронов начинают эмиттировать электроны сразу же или через некоторое время после приложения импульса напряжения к диоду. Управлять моментом появления эмиссии электронов в таких источниках невозможно, так как напряжение, возбуждающее эмиссию, является в то же время и ускоряющим. В некоторых случаях жела­ тельно эти две функции разделить. Во-первых, это позво­ ляет, как будет показано ниже, регулировать в широком интервале величину тока электронов в диоде сдвигом моментов появления импульсов управляющего и уско­ ряющего напряжений. Во-вторых, в диоде с управляемым источником, если он используется в ускорителе электро­ нов, в принципе возможно совмещение роли источника электронов и быстродействующего коммутирующего эле­ мента. И, наконец, в-третьих, такие диоды позволяют иметь более однородный по сечению электронный пучок, чем в неуправляемых источниках.

Управляемые плазменные диоды известны уже давно [1—7]. В качестве источников плазмы в них обычно используется разряд в вакууме между катодом и вспо­ могательным электродом при приложении управляющего импульса. При этом в вакууме образуется канал, и вы­ тягивание электронов идет с малого участка поверхности, занятого этим каналом. При этом ток электронов состав­ ляет только небольшую долю тока широкого канала

[7, 72].

С. П. Бугаев и Г. А. Месяц [70] наблюдали интенсив­ ную эмиссию электронов из плазмы незавершенного раз­ ряда по диэлектрику в вакууме, когда в промежутке еще не успел образоваться разрядный канал. В работе [51] был предложен управляемый источник электронов, в ко­ тором использовалось большое число незавершенных разрядов на поверхности диэлектрика с большой ди­ электрической проницаемостью е, а в работе [63] прове­ дено исследование процесса эмиссии электронов из плазмы незавершенного разряда по диэлектрику в ва­ кууме.

287

На одну из сторон диска был нанесен слой серебра 2, а к другой прижата игла 3 из вольфрама с радиусом кончика 25 мкм. Отбор электронов из плазмы в направ­ лении, перпендикулярном поверхности катода, произво­ дился экстрактором 4. Для возбуждения разряда на по­ верхности диэлектрика между электродами 3 и 2 при­

а также снимался спектр излучения разряда в видимой области. При исследовании эмиссии электронов из плаз­

гового напряжения, причем интересно отметить, что это напряжение может составлять всего несколько сот вольт. При превышении порогового напряжения в спектре све­ чения регистрируются линии нейтрального и однократ­ ного ионизованного бария (Ва1 и B all). При дальней­ шем повышении напряжения появляются другие линии элементов Til, 01, Oil) и линии вольфрама (WII) (табл. 8.1). Это показывает, что плазма разряда созда­ ется за счет разрушения поверхностного слоя самого диэлектрика и ионизации его паров.

Протекание тока гр между острием 3 и слоем серебра 2 обеспечивается движением с некоторой скоростью од по поверхности диэлектрика плазмы разряда, которая

пряжения Uр. Если тол-

щина диэлектрика б т о скорость vn— AUv, причем при положительной полярности острия 3 относительно серебряной подложки 2 Л = 4,9-102 см/с-В, а при отри­ цательной Л = 2,1-103 см/с*В. В этом случае зависи­ мость амплитуды импульса тока разряда по диэлектрику определится из соотношения 1р=4ЛЕое£/р2, где ео — ди­ электрическая постоянная вакуума. Скорость распро-

странения плазмы в глубь вакуумного промежутка в на­ правлении, перпендикулярном поверхности диэлектрика, оценивалась по времени пересечения плазмой промежут­ ка катод — анод и составляла 2-106 см/с.

Существенно отметить, что амплитуда электронного тока при неизменном вытягивающем напряжении £/э ра­ стет с ростом напряжения Uv (рис. 8.16). Такая законо­ мерность наблюдается при любой полярности острия 3 относительно электрода 2. Это объясняется увеличением площади, охватываемой разрядом, и соответствующим увеличением поверхности, эмиттирующей электроны. Эта поверхность растет с ростом напряжения Uv, так как ра­ диус плазменного образования на диэлектрике равен vRt-a= A U vtsl. Приведенные выше экспериментальные ре­ зультаты свидетельствуют о том, что начало эмиссии электронов совпадает с появлением у острия плазмы.

290

Можно предположить, что возбуждение разряда и образование плазмы являются следствием испарения ке­ рамики под действием бомбардировки ее заряженными частицами с эмиттера либо взрыва острия в результате нагрева автоэмиссионным током. В § 8.2 было показано, что эмиссия электронов с острийного катода происходит при плотности частиц в плазме порядка 1020 см-3. Веро­ ятно, такая же плотная плазма должна быть образована

укатода и в случае с диэлектриком.

Вработе [51] дано описание работы катода, а в кото­ ром большое количество эмиттирующих центров создает­ ся за счет разряда в вакууме между металлической сет­ кой и диэлектриком. На рис. 8.17,а сетка расположена на диэлектрической подложке 1, изготовленной из титана бария, противоположная сторона которой металлизиро­ вана 2.

Рассмотрим электрическую схему замещения источ­ ника (рис. 8.17,6). В ней можно выделить емкость эле­ ментов поверхности диэлектрика относительно нижней

обкладки, С2 емкости этих элементов друг относительно друга и Сз — емкости элементов поверхности относитель­ но сетки. Из-за большой величины г диэлектрика емко­ сти С2 и C3<cCi. Вследствие этого при приложении им­ пульсного напряжения между подложкой и сеткой прак­ тически все напряжение будет приложено к емкости и С3. Вследствие этого происходит разряд по поверхно­

электрик. В последнем случае из-за наличия большой тангенциальной составляющей напряженности поля на диэлектрике [70] после пробоя разряд все равно начнет развиваться по поверхности диэлектрика. Из-за большо­ го поверхностного сопротивления диэлектрика отдельные разряды могут происходить независимо, и в течение ко­ роткого времени покрыть плазмой большую поверхность катода.

В отличие от неуправляемых управляемые источники электронов позволяют получать значительно большие то­ ки при том же напряжении за счет предварительной по­ дачи управляющего импульса на сетку. На рис. 8.18 представлены вольт-амперные характеристики неуправ­ ляемого 1 и управляемого 2 источников при расстоянии анод — катод 1,4 см и площади катода 13,6 см2. Неуп­ равляемым источником служил многоострийный катод..