Файл: Ненакаливаемые катоды..pdf

мощностью источника, импедансом прибора. Вопрос о за­ полнении импульса прямоугольной формы, например ко­

широко варьируемые длительности импульса вплоть доперехода в стационарный режим.

Максимальная длительность импульса т Макс ВК, как мы видели, ограничена физическими причинами и для данного прибора допускает слабые изменения.

АЭЭ приборы допускают любую частоту повторения импульсов /. Ограничения здесь (как и по Тмакс, и для стационарного режима) определяются лишь выделением мощности в катоде за счет джоулева тепла, тепла Ноттингама и опасностью перехода в режим ВЭ. Приборы с ВЭ после каждого импульса требуют перерыва, необ­ ходимого для деионизации плазмы, конденсации матери­ ала и образования новых микровыступов. Поэтому ча­ стоты повторения ограничены сверху. Известные устрой­ ства, работающие по принципу ВЭ, используют относи­ тельно невысокие /' (до нескольких десятков герц), или же работают в режиме однократных импульсов.

Главным условием стабильной работы АК является сохранение неизменных свойств эмиттирующей поверх­ ности. Это достигается поддержанием в области ка­ тода сверхвысокого вакуума и предотвращением или лик­ видацией последствий ионной бомбардировки (см. §7.2), например, при импульсной работе катода непрерывным или кратковременным подкачиванием автоэмиттера.

Стабильность и воспроизводимость работы В1\ обус­ ловлена возобновляемостью эмиттеров при удачном выбо­ ре конструкции и материала катода, а также схемных

(10-4 ... 10~5 мм рт. ст.) иногда способствует легкому пе­ реходу АЭЭ к ВЭ, т. е. является улучшающим фактором.

Для получения предельно больших токов в течение требуемой длительности в режиме АЭЭ приходится за­ ботиться о чрезвычайно ровном плато импульса напря­ жения. Для получения максимальных токов ВЭ важноиметь возможно более крутой фронт при достаточной амплитуде импульса напряжения.

Разумеется, автокатоды — высоковольтные источникиэлектронов. Но их легко использовать и при напряжени­ ях от 1 до нескольких киловольт и, напротив, при

300

(подъеме U до 100... 300 кВ и выше возникают хотя и не принципиальные, но серьезные технологические за­ труднения при изготовлении приборов с относительно «тупыми» автоэмиттерами.

Взрывные катоды хорошо работают при высоких и сверхвысоких напряжениях, начиная от десятков и сотен киловольт и кончая десятками мегавольт. При несколь­ ких киловольтах получать большие токи за счет ВЭ, ви­ димо, принципиально можно, но затруднительно из-за плохого самовоспроизведения катодов. Но чем выше U, тем увереннее работают взрывные катоды.

Сопоставление возможностей практического использо­ вания автоэмиссионных и взрывных катодов. Очевидно,

что автоэлектронная эмиссия является более предпочти­ тельной по сравнению с взрывной для получения интен­ сивных электронных потоков во всех тех случаях, когда требуются стационарные токи, большие длительности импульсов или высокие частоты их повторения. К наи­ более важным применениям такого рода относятся:

1) получение интенсивных электронных зондов для растровой и обычной электронной микроскопии, микро­ анализа, рентгеновской микроскопии, электронно-луче­ вых приборов;

2)создание устройств, работающих в диапазоне СВЧ;

3)применения в микроэлектронике;

4)получение больших импульсных токов при малых скважностях и относительно больших длительностях импульсов.

Взрывная эмиссия охватывает в основном наносекундный диапазон длительностей импульсов и, по-видимому, главным образом, режимы малых частот повторения и

•однократных включений. По сравнению с АЭЭ ВЭ обла­ дает большей простотой технологии и конструирования катодов и менее жесткими условиями’их эксплуатации.

Практическая пригодность взрывных катодов для по­ лучения больших токов подтверждена экспериментально. По-видимому, почти все импульсные ускорители электро­ нов с гигантскими токами :[11-—13, 46] — используют этот принцип. Несомненно, тем же путем извлекаются элек­ троны в широко известных импульсных рентгеновских аппаратах ИРА-1, ИРА-2Д, ИРА-3, «Квант» [10, 77—79], спроектированных под руководством В. А. Цукермана и серийно выпускаемых в СССР [84].

ВЭ обладает практически неограниченной возмож-

301

ностыо получения больших токов. Исследование этого* вида эмиссии находится еще в начальной стадии, и мно­ гие из отмеченных выше затруднений использования ВЭ, по-видимому, могут быть преодолены. Сюда относятся трудности формирования заданного импульса тока, со­ гласования с источником питания, управления распреде­ лением плотности тока в пучке.

После того как выяснилось, что в большинстве силь­ ноточных ускорителей эксплуатируется не АЭЭ, а ВЭ, стала осознаваться недостаточная изученность самой АЭЭ в этих практически важных условиях. Возникли даже сомнения, возможно ли использование АЭЭ в чи­ стом виде в сильноточных устройствах. Однако недавно выполненные эксперименты [85] свидетельствуют, что по меньшей мере до сотен киловольт автоэмиссионные катоды вполне работоспособны. Видимо, в этом режиме функционируют импульсные рентгеновские источники и приборы с выпуском электронов сквозь фольгу, изготов­ ляемые в США фирмой ФЭК [80—82]( см. также § 7.5).

Нам представляется, что в диапазоне наносекундных импульсов АЭЭ и ВЭ должны применяться в зависимо­ сти от конкретной задачи с учетом как физических, так и экономических соображений. При высоких требованиях к форме импульса и к энергетическому спектру следует отдать предпочтение АЭЭ. Требованию получить наи­ большие токи возможно более простым путем лучше от­ вечает ВЭ.

В заключение перечислим ряд областей техники и физики, где АЭЭ и ВЭ могут использоваться сегодня или

вближайшем будущем:

1.Получение рентгеновских вспышек для просвечи­ вания — предпочтительнее ВЭ.

2.Получение рентгеновских вспышек с заданным спектральным распределением, с определенной зависи­

ципам здесь удобнее использовать АЭЭ, но практически применяют ВЭ, поскольку это легко осуществимо уже сегодня.

4. Получение больших импульсных токов для управ­ ляемого термоядерного синтеза — здесь, по-видимомуг

302

Список литературы

2.Т у н Р. Э. Структура тонких пленок. — В кн.: Физика топких пленок, т. 1, М., «Мир», 1967, с. 224—274.

.3. Н е й ге б а у э р К. А. Явления структурного разупорядочения в тонких -металлических пленках. — В кн.: Физика тонких -пленок, т. 2, М., «Мир», 1967, с. 13—82.

4.F г е п k е 1 J. Theorie adsorption und Verwanter Erscheinungen. — «Z. Phys., 1924, Bd. 26, S. HI7—138.

304