Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Источник электронов на основе разряда с полым катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений Мытников Алексей Владимирович

Источник электронов на основе разряда с полым катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений
<
Источник электронов на основе разряда с полым катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений Источник электронов на основе разряда с полым катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений Источник электронов на основе разряда с полым катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений Источник электронов на основе разряда с полым катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений Источник электронов на основе разряда с полым катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Мытников Алексей Владимирович. Источник электронов на основе разряда с полым катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений : диссертация ... кандидата технических наук : 01.04.04.- Томск, 2001.- 189 с.: ил. РГБ ОД, 61 02-5/970-2

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Разряд с полым катодом для генерации пучков заряженных частиц 8

1.1. Физические особенности тлеющего разряда с полым катодом 8

1.2. Особенности эмиссии электронов из плазмы разряда с полым катодом при повышенных давлениях 13

1.2.1. Общие особенности эмиссии электронов из плазмы 13

1.2.2. Особенности эмиссии из разряда с осцилляцией электронов 21

1.2.3. Особенности эмиссии электронов в условиях

повышенных давлений 23

1.2.3.1. Электрическая прочность ускоряющего промежутка 23

1.2.3.2. Обратный поток ионов

1.3. Генерация электронных пучков при повышенных давлениях газа.. 31

1.4. Выводы и постановка задач исследований 42

ГЛАВА 2. Разряд с полым катодом в форвакуумном диапазоне давлений для плазменных источников электронов 44

2.1. Параметры и характеристики тлеющего разряда с полым катодом

в форвакуумном диапазоне давлений 44

2.2. Разряд с полым катодом в аксиальном магнитном поле 51

2.3. Влияние эмиссии на параметры разряда с полым катодом 58

2.4. Выводы 68

ГЛАВА 3. Генерация электронных пучков в источнике на основе разряда с полым катодом в форвакуумном диапазоне давлений 70

3.1. Общая характеристика источника электронов 70

3.2. Повышение рабочего давления источника электронов 76

3.2.1. Влияние размера ячейки эмиссионной сетки на предельное рабочее давление источника электронов 76

3.2.2. Влияние длины ускоряющего промежутка на предельное давление источника электронов 80

3.3. Анализ эмиссионных процессов при отборе электронов из плазмы разряда с полым катодом в форвакуумном диапазоне давлений 83

3.4. Влияние аксиального магнитного поля на эмиссионные процессы, предельное рабочее давление и электрическую прочность ускоряющего промежутка 90

3.5. Извлечение электронов через семейство каналов анодного электрода 99

3.6. Эффект возрастания электрической прочности промежутка в присутствии электронного пучка 109

3.7. Выводы 124

ГЛАВА 4. Источник электронов и его применение для реализации пучково плазменного разряда и технологии модификации поверхности конструкционных материалов 126

4.1. Конструкция источника электронов 126

4.2. Оптимизация геометрии разрядной системы и ускоряющего промежутка для повышения эффективности эмиссии источника электронов 131

4.3. Реализация пучково-плазменного разряда с помощью электронного пучка генерируемого созданным источником электронов 134

4.3.1. Пучково-плазменный разряд. Электрофизический аспект 134

4.3.2. Пучково-плазменный разряд. Химический аспект 136

4.3.3. Исследование динамики изменения функции распределения электронов 137

4.3.4. Зондовые измерения параметров плазмы ППР 144

4.4. Исследование процесса осаждения алмазоподобных

покрытий посредством диссоциации метана в плазме ППР 150

4.4.1. Методы плазменного осаждения алмазоподобных покрытий 150

4.4.2. Осаждение углеродосодержащей фазы на стеклянные подложки

4.4.3. Осаждение АПП на кремниевые подложки .155

4.4.4. Анализ АПП полученных путем диссоциации метана в плазме ППР 158

4.5. Выводы 164

Заключение 166

Литература

Особенности эмиссии электронов из плазмы разряда с полым катодом при повышенных давлениях

Разряд с полым катодом [1] , благодаря целому ряду своих уникальных свойств, находит широкое применение в плазменных источниках заряженных частиц [2,3]. Специфика разряда с полым катодом определяется высоким коэффициентом использования заряженных частиц, образующихся в ограниченном пространстве внутри полости. Для обеспечения эффекта полого катода необходимо предпринимать специальные меры, направленные на увеличение времени жизни электрона в анод-катодном пространстве. Поэтому, катод конструктивно выполняется в виде полого цилиндра в одном из плоских торцов которого имеется отверстие. Тип разряда с полым катодом определяется механизмом эмиссии электронов.

Различают дуговые разряды с холодным и накальным полым катодом [3], а также тлеющие разряды с полым катодом. Тлеющий разряд с полым катодом существует в высоковольтной и низковольтной формах [1]. Сильноточная, низковольтная форма тлеющего разряда с полым катодом характеризуется высокой плотностью тока (до десятков А/см) при напряжении в несколько сотен вольт, временной стабильностью и пространственной однородностью параметров плазмы [4,5].

Авторы работ [5,6] показывают, что эффект полого катода является частным случаем более широкого круга явлений - эффекта осцилляции быстрых электронов в катодной области тлеющего разряда, который не зависит от способа организации осцилляции и характеризуется рядом общих закономерностей. В связи с этим необходимо рассмотреть два специфических свойства тлеющего разряда с осциллирующими электронами.

Во-первых, характеристики разряда начинают заметно отличаться от характеристик линейного аномального тлеющего разряда именно тогда, когда с уменьшением давления длина столкновительной релаксации энергии первичного электрона становится больше средней длины пролета от катода до первой точки поворота в катодном слое [4]. Таким образом, эффект осцилляции проявляется лишь в тех случаях, когда после пролета через плазму первичный электрон возвращается в слой с энергией, достаточной для эффективной ионизации газа в слое. Это свидетельствует о важной роли ионизации в катодном слое в механизме эффекта осцилляции. Действительно, если начальная энергия образованных в плазме вторичных электронов мала для осуществления заметной дополнительной ионизации, то энергия образованного в слое электрона сравнима с начальной энергией первичных электронов. Поэтому, рассматриваемый процесс может являться эффективным дополнительным каналом передачи энергии источника питания на ионизацию газа в разрядном промежутке. Условие самостоятельности разряда можно в этом случае записать в виде: где у -коэффициент вторичной ионно-электронной эмиссии, в рассматриваемом диапазоне не зависящий от энергии ионов; Nt - среднее число ионов, образованных первичным электроном; щ - число ионов, образованных в расчете на один первичный электрон быстрыми вторичными электронами; 8 - доля ионов поступающих на катодную поверхность. Выражение (1.1) позволяет преодолеть затруднения, характерные для многих теоретических моделей, не учитывающих образование быстрых вторичных электронов в слое, и обеспечить баланс заряженных частиц для распространенной экспериментальной ситуации, когда ySNi \.

Вторым специфическим свойством разряда является обнаруженная экспериментально [4] прямо пропорциональная зависимость ширины катодного слоя от средней длины пролета первичного электрона от катода до первой точки поворота в слое при постоянной величине катодного падения потенциала. Указанная зависимость наблюдается в области развитого эффекта осцилляции, при котором разрядные характеристики практически не зависят от давления, а длина свободного пробега соизмерима с длиной пролета первичного электрона от катода до катода [6 ].

В работе [7] было показано, что характеристики разряда с полым катодом в области давлений 1-Ю Па сильно зависят от отношения V SM, (1.2) где Sa . площадь выходной апертуры катодной полости, 5 . площадь внутренней поверхности катода. В экспериментах использовался цилиндрический полый катод, длина которого изменялась от 10 до 90 см посредством подвижного поршня, электрически соединенного с катодом. На одном из торцов полого катода устанавливались сменные диафрагмы с различным диаметром отверстий - от 16 до 2 см. Разряд зажигался при давлении на уровне 10 Па в области минимума кривой Пашена. Проводились измерения напряжения горения разряда от давления при постоянной величине тока для различных г/. Обнаружено, что уже при г/ « 0.1 практически все ионы, образованные в полости поступают на ее внутреннюю поверхность [7]. Образующиеся на поверхности в результате / -процессов первичные электроны ускоряются в катодном слое до энергии, соответствующей величине катодного падения потенциала. Эту энергию они расходуют в дальнейшем на ионизацию и возбуждение газа при многократных осцилляциях внутри полости, отражаясь в катодном слое после каждого пролета через заполняющую полость плазму. В рассматриваемом режиме разряда катодная полость представляет собой электростатическую ловушку для быстрых электронов, покинуть которую они могут только через выходную апертуру полости. Таким образом, коэффициент использования энергии первичных электронов для ионизации газа зависит от соотношения их длины релаксации Л- среднего пути, на котором энергия первичного электрона уменьшается до порога ионизации рабочего газа, и средней длины траектории движения электрона в полости до вылета из нее через апертуру. Величину Л можно оценить с помощью выражения: где е - заряд электрона, Uk - катодное падение потенциала, Et - порог ионизации рабочего газа, X - длина свободного пробега первичного электрона. Если существенную роль в разряде играют коллективные процессы, то в результате пучково-плазменных взаимодействий длина релаксации может существенно уменьшаться [8,9]. При г} 0.\, пространственное распределение первичных электронов зависит от конкретной геометрии полости и в ряде случаев наблюдается слабая асимметрия быстрых электронов в плазме разряда. Для rj«\, распределение первичных электронов становится однородным [6,7,8]. Анализ зависимостей характеристик разряда от параметра г] свидетельствует о том, что потери первичных электронов в результате поглощения катодной поверхностью не влияют на параметры разряда, а решающую роль играют потери через выходную апертуру [10].

Для более эффективного использования разряда с полым катодом в источниках заряженных частиц, необходимо дальнейшее улучшение его эксплутационных параметров - прежде всего снижение напряжения горения разряда. Помимо использования геометрического фактора - уменьшения отношения Sa/Sk - к снижению напряжения горения разряда приводит наложение на область полого катода аксиального магнитного поля. В работе [6] исследовалась зависимость напряжения горения разряда от величины напряженности аксиального магнитного поля для различных значений диаметров выходной апертуры. Длина катода составляла 10 см, диаметр выходной апертуры изменялся от 4 до 2 см, ток разряда принимал значения - 100, 200 и 400 мА, все измерения проводились в режиме непрерывного протока через объем камеры рабочего газа. Камера с полым катодом размещалась внутри системы соленоидов, создававших аксиальное магнитное поле напряженностью до 50 кА/м. Было отмечено уменьшение напряжения горения разряда по мере увеличения напряженности магнитного поля [8,11]. Необходимо отметить, что рабочее давление в процессе измерения зависимости напряжения горения от напряженности магнитного поля не превышало 10 мТорр.

Разряд с полым катодом в аксиальном магнитном поле

При давлении газа 45-50 мТорр и выше напряжение горения достигает минимально возможного значения и перестает зависеть от тока разряда. Горизонтальный вид ВАХ, также как и минимальные значения напряжения горения наиболее предпочтительны при создании плазменных источников электронов, поскольку параметры плазмы остаются стабильными при отборе электронов, повышается эффективность эмиттера, снижается тепловая нагрузка на электроды разрядной системы.

Немонотонный характер зависимости напряжения горения от давления (рис.2.3) позволяет выбрать оптимальное значение давления для достижения максимального тока разряда, а следовательно тока эмиссии электронов.

Относительно высокие значения напряжения горения разряда при в диапазоне давлений 10-25 мТорр являются, по-видимому, следствием того, что быстрые электроны покидают область разряда не успев полностью растратить энергию в пределах полости. На уход быстрых электронов, не успевших полностью передать энергию плазме, разряд реагирует повышением напряжения горения.

Снижение напряжения горения разряда при увеличении рабочего давления объясняется более эффективным использованием ионизационной способности быстрых электронов в пределах полого катода. По всей видимости, быстрые электроны уходят на анод, полностью растратив энергию в неупругих столкновениях с молекулами газа.

При этом условие самостоятельности разряда выполняется при меньших значениях напряжения горения разряда.

В ряде плазменных источников электронов, в которых плазма создается с помощью пенниговского или магнетронного разрядов, необходимым условием работы является наличие магнитного поля. Роль магнитного поля состоит в как правило, в удержании быстрых электронов разряда от их ухода на анод и увеличении их времени пребывания в разрядном промежутке, что таким образом способствует более эффективному использованию их энергии в осуществлении ионизационных процессов. В то же время предполагается, что в случае удержания быстрых электронов электростатическим способом (случай полого катода) - наложение аксиального магнитного поля не должно оказывать заметного влияния на параметры разряда. Кроме того, аксиальное магнитное поле необходимо для осуществления пучково-плазменного разряда, для реализации которого планируется применять разрабатываемый источник электронов. Как будет показано в последующих разделах, аксиальное магнитное поле определяет интенсивность пучково-плазменного взаимодействия и в конечном итоге - эффективность всего технологического процесса на его основе. Таким образом, исследование основных характеристик разряда с полым катодом представляется достаточно актуальным.

В настоящей работе были проведены исследования параметров разряда с полым катодом в зависимости от индукции аксиального магнитного поля для различных диаметров выходной апертуры катодной полости - 25 - 2 мм., при различных давлениях газа - от 12 до 120 мТорр.

Как следует из результатов работ [4-7] - доля энергии быстрого у -электрона, растрачиваемой им в полости на ионизацию и возбуждение молекул газа, а также на нагрев электронной компоненты плазмы, зависит главным образом от длины пути, проходимого этим электроном в пределах полости. Эта длина пути определяется отношением площадей Sa / Sn выходной апертуры полости Sa и ее внутренней поверхности S„. Аналогичного увеличения длины пути у - электрона можно достичь и в отсутствие полости наложением на разрядный промежуток магнитного поля соответствующего направления. В этом смысле должна отсутствовать принципиальная разница между двумя этими типами разряда, и в случае малых значений Sa / Sn наложение магнитного поля не должно изменять величины разрядного напряжения. В экспериментах использовался макет, схема которого приведена в разделе 2.1 ( рис.2.1). Величина индукции аксиального магнитного поля изменялась в пределах от 0 до 34 мТ. Зависимости напряжения Up разряда от индукции В магнитного поля были получены для диапазона давлений газа от 12 до 120 мТорр и диаметров апертуры катодной полости от 25 до 2 мм. Характер указанных зависимостей одинаков для всего диапазона давлений и токов разряда - рис. 2.4 и 2.5. Для крайних значений давления газа - 12 и 120 мТорр эти зависимости представлены на рис. 2.6 а, б. С ростом магнитного поля имеет место спад разрядного напряжения. Величина этого спада уменьшается как по мере увеличения давления газа, так и при уменьшении апертуры полости, однако не исчезает вовсе, оставаясь не менее 100 В.

Наиболее важным из полученных результатов представляется факт, что для любых, в том числе самых малых - 2 мм, апертур катодной полости наложение аксиального магнитного поля приводит к снижению разрядного напряжения Up. Поскольку Up определяется, в основном, катодным падением потенциала, то отмеченное снижение Up можно трактовать как снижение катодного падения потенциала, т.е. снижение энергии у-электронов, ускоренных в слое катодного падения. Все это свидетельствует о различии в

Анализ эмиссионных процессов при отборе электронов из плазмы разряда с полым катодом в форвакуумном диапазоне давлений

При исследовании эмиссионных характеристик - зависимости тока эмиссии электронов 1э. и тока изолированного коллектора Іик от величины тока разряда 1р, было обнаружено, что ток коллектора электронного пучка и ток эмиссии монотонно возрастают с ростом разрядного тока. При этом ток эмиссии, как правило всегда, несколько превышает ток изолированного коллектора. Эти зависимости являются вполне очевидными [3,65]. Однако при определенном токе разряда, наблюдается достаточно резкий спад тока коллектора, затем следует его незначительный рост. Ток эмиссии при этом продолжает монотонно расти с ростом тока разряда. Спад тока изолированного коллектора при продолжающемся возрастании эмиссионного и разрядного токов наблюдался в диапазоне давлений - 25-100 мТорр, извлекающих напряжениях - 1-5 кВ, в отсутствие аксиального магнитного поля в области полого катода и ускоряющего промежутка, а также при его наличии от 0 до 15 мТл. Исследовалось влияние давления, извлекающего напряжения и магнитного поля на положение и характер спада тока коллектора. Проведенные эксперименты показали, что момент обрыва тока пучка сдвигается в область больших значений тока при увеличении извлекающего напряжения от 1 до 4 кВ - рис.3.11, увеличение давления от 30 до 100 мТорр «сдвигает» спад в область меньших значений тока - рис.3.12, Аналогичное действие оказывает аксиальное магнитное поле, которое проявляется в смещении момента обрыва тока изолированного коллектора вправо при прочих равных параметрах системы -рис.3.13. Ік, MA 800

Зависимость тока изолированного коллектора от тока разряда, для различных значений ускоряющих напряжений: 1 - 1,2- 1.5,3 -2, 4-3,5-ЗкВ соответственно. Давление - 50 мТорр. Аксиальное магнитное поле в области электронной пушки - 3 мТ. Специальные измерения потерь тока на экстрактор, выполненные путем включения токового прибора между экстрактором и землей, показали, что момент обрыва тока пучка совпадает с возрастанием тока через прибор в цепи экстрактора. Это позволяет сделать вывод о том, что в момент когда токовый прибор в цепи коллектора фиксирует обрыв тока происходит перехват части эмиссионного тока экстрактором. Сумма токов коллектора и экстрактора оказывается равной эмиссионному току. Магнитное поле препятствует попаданию электронов, ушедших в эмиссию на экстрактор, обеспечивая режим устойчивого извлечения пучка при больших токах разряда. Это особенно важно при работе при повышенных давлениях, так как перехват эмиссионного тока в этом случае происходит раньше. Магнитное поле позволяет существенно расширить возможности эмиссионной системы предотвращая перехват электронного тока за счет магнитной фокусировки.

При поиске путей повышения рабочего давления электронной пушки была замечена интересная особенность - наличие магнитного поля в области пушки позволяло реализовать режим устойчивой эмиссии при больших давлениях, нежели при отсутствии поля. Проведенные эксперименты однозначно показали, что присутствие аксиального магнитного поля в области эмиссионной системы позволяет в 2.5-3 раза увеличить извлекающее напряжение при том же давлении, или осуществить режим устойчивого извлечения при более высоком давлении поддерживая извлекающее напряжение постоянным. При использовании эмиссионной сетки из молибдена и наложении на область источника аксиального магнитного поля с индукцией 15 мТл наблюдалось существенное увеличение электрической прочности ускоряющего промежутка - рис. 3.14. Аналогичная картина наблюдалась при извлечении пучка через титановую диафрагму толщиной 0.5 мм.

Реализация пучково-плазменного разряда с помощью электронного пучка генерируемого созданным источником электронов

На основании результатов исследований изложенных в предыдущих разделах, был создан источник электронов предназначенный для работы в форвакуумном диапазоне давлений. Электронный источник - рис.4.1 -представляет собой сварную конструкцию, изготовленную на стандартных керамических изоляторах. Охлаждение узлов источника осуществляется трансформаторным маслом, которое, в свою очередь, охлаждается проточной водой. Напряжение разряда прикладывается к полому катоду 1 и аноду 2 с помощью высоковольтного ввода 7 и двужильного высоковольтного электрического кабеля 8. Полый катод 1 представляет собой медный цилиндр внешним диаметром 55 мм, внутренним диаметром 45 мм и длиной 100 мм. В нижней части этого цилиндра имеется отверстие с резьбой для вкручивания сменной вставки 2 (рис. 4.2). Анод выполнен из меди в виде диска толщиной 3 мм с эмиссионным отверстием диаметром 16 мм в центре (рис. 4.3). Анодный диск 1 снабжен отверстиями с резьбой для крепления пластины 2 с эмиссионными отверстиями 3. Пластина 2 фиксирует границу плазмы и выполняет таким образом такую же, стабилизирующую роль, что и эмиссионная сетка. Диэлектрическая вставка 10 позволяет предотвратить разряды по длинным путям возникающие в ускоряющем промежутке.

Конструкция источника электронов. 1 - полый катод, 2 -анодный узел, 3 - ускоряющий электрод, 4 - изоляторы, 5 - водоохлаждаемыи корпус, 6 - опорный фланец, 7 - высоковольтный ввод, 8 - высоковольтный кабель, 9 - трансформаторное масло, 10 - диэлектрическая вставка.

Преимущество пластины перед сеткой состоит в ее большей термостойкости, а следовательно и большей надежности в случае возникновения пробоя ускоряющего промежутка. В тоже время необходимо отметить, что достаточно большое количество экспериментов по осаждению защитных покрытий были выполнены с использованием эмиссионной сетки на аноде без пробоев ускоряющего промежутка и повреждения сетки. Диаметр отверстий является параметром, критичным к обеспечению устойчивой эмиссии электронов. В случае отверстий с диаметром значительно меньше 1 мм, удается реализовать устойчивую эмиссию электронов в широком диапазоне давлений газа, разрядных токов и ускоряющих напряжений, однако эмиссионный ток мал. Увеличение диаметра отверстий приводит к увеличению эмиссионного тока, однако, при превышении некоторого значения, зависящего от толщины пластины, не удается поднять напряжение на ускоряющем промежутке и сформировать электронный пучок. Подробное изложение исследования процесса извлечение электронов через анодную пластину приведено в разделе 3.6 настоящей работы. Эксперименты показали, что оптимальной с указанных точек зрения является пластина толщиной 2 мм с отверстиями диаметром 1 мм. Экстрактор 3 изготовлен из нержавеющей немагнитной стали и состоит из двух деталей: держателя 1 и собственно экстрактора 2, вкручивающегося в держатель (рис. 4.4). Такая конструкция позволяет изменять расстояние между анодом и экстрактором, т.е. протяженность ускоряющего промежутка, что необходимо на этапе настройки электронного источника. Корпус 5 электронного источника (рис. 4.1) изготовлен из нержавеющей стали и содержит водяную рубашку, охлаждаемую проточной водой. Разработанная конструкция источника электронов позволила получить электронный пучок с током до 1 А и энергией до 10 кэВ при давлении газа достигающих 100 мТорр.

Оптимизация геометрии разрядной системы и ускоряющего промежутка для повышения эффективности эмиссии источника электронов Под эффективностью эмиссии а источника электронов с плазменным катодом понимается отношение тока эмиссии к разрядному току: а = 1э/1р, (4.1) где 1Э - ток эмиссии, 1Р - ток разряда.

В ходе экспериментов по поиску путей повышения эксплутационных параметров источника электронов, было обнаружено, что эффективность генерации электронного пучка в источнике, зависит от взаимного соотношения диаметров выходной апертурны катодной полости, эмиссионного анодного отверстия и апертуры ускоряющего электрода. При равенстве диаметров выходной апертуры катодной полости и анодного эмиссионного отверстия, увеличение индукции аксиального магнитного поля не приводило к изменению тока эмиссии. Ситуация изменялась в случае когда диаметр выходной апертуры катодной полости превышал диаметр анодного эмиссионного отверстия. В этом случае увеличение индукции аксиального магнитного поля существенно снижало значение тока эмиссии. Если диаметр выходной апертуры катодной полости больше анодного эмиссионного отверстия, то электроны двигаясь вдоль силовых линий индукции магнитного поля из области полого катода, попадают на анод и там гибнут (рис. 4.5 а), формируя ток потерь. В случае, если диаметр выходной апертуры катодной полости меньше или равен диаметру анодного эмиссионного отверстия, то все электроны не зависимо от степени замагниченности, участвуют в эмиссии, беспрепятственно попадают в ускоряющий промежуток и формируют электронный пучок (рис.4.5 б).

Как следует из результатов экспериментов, в случае когда диаметр анодного эмиссионного отверстия превышает диаметр отверстия в ускоряющем электроде при значениях ускоряющего напряжения более 3 кВ, происходит перехват части электронного пучка экстрактором. Вероятность перехвата и ток потерь снижаются при уменьшении расстояния анод-ускоряющий электрод, однако не исчезает совсем. При значении диметров анодного эмиссионного отверстия 12 мм, диаметра отверстия в ускоряющем электроде 10 мм и расстоянии анод-ускоряющий электрод - 25 мм, весь электронный пучок попадал на экстрактор (рис. 4.5 а) и нормальный режим генерации был невозможен.

В случае значений диаметров анодного эмиссионного отверстия и ускоряющего электрода - 12 и 25 мм соответственно, перехвата пучка экстрактором не происходило (рис.4.5 б) и наблюдалась устойчивая генерация электронного пучка при ускоряющем напряжении вплоть до 12 кВ. Таким образом, соотношение таких геометрических факторов как диаметры апертур в полом катоде, аноде и ускоряющем электроде, оказывает существенное влияние на эффективность генерации пучка в форвакуумном плазменном источнике электронов. Для повышения эффективности генерации электронного пучка, диаметр эмиссионного отверстия в аноде должен быть приблизительно в два раза больше чем диаметр выходной апертуры катодной полости для избежания потерь электронов на анод при извлечении; в то время как диаметр отверстия в ускоряющем электроде должен быть приблизительно в два раза больше эмиссионного отверстия для предотвращения потерь электронного пучка на экстракторе и уменьшения интенсивности ионизационных процессов в ускоряющем промежутке.

Похожие диссертации на Источник электронов на основе разряда с полым катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений