Генерация сильноточных электронных пучков большого сечения в ускорителях на основе ГИН с вакуумной изоляцией Логинов, Сергей Васильевич

Введение к работе

Актуальность, теш

Сильноточные электронные пучки большого сечения (ПВО), формируемые в диодах со взрывной эмиссией, используются для генерации мощных импульсов рентгеновского излучения, нагрева плазмы, возбуждения активной среда газових лазеров, а также в различных областях техники к технологии. При энергии электронов "0.5 ?,!эВ и виза, плотности тока ~ to - 100 А/см² и площади поперечного сечения ~ !0³ - 10* см² собственное магнитное поле пучка является основным фактором, ограничивавшим величину тока. Для предотвраадо-шя сжатия пучка обычно применяют наложение -на область диода внешнего ведущего магнитного поля, что требует значительных энергозатрат и увеличения габаритов установки. Другой возможностью увеличения тока является секционирование диода на магнитоизолиро-ванныз с током меньше критического.

В современных ускорителях ПВС для возбуждения газовых лазеров напряжение к диоду подается от прокекуточных накопителей, заряжаемых генератором Маркса с масляной изоляцией. Такая схема позволяет получать на диоде прямоугольные импульсы напряжения, но приводит к усложнению ускорителя и ухудшению его Бесо-габаритных .характеристик. В 11СЭ СО РАН под руководством Е.М.Ковальчука разрабатываются ускорители на основе мощных мзлошщуктиьннх ГИН' с ззкуугжой изоляцией. Использование таких -генераторов позволяет значительно упростить конструкции ускорителя, однако получение пучка з вывод его из диода усложняется из-за отличия формы им-пульез напряжения от пряноугодьноа з увеличения длительности импульса тока до единиц микросекунд.

ї'зученпе закономерностей формирования ПБС с током порядка Гфктического тока диода б отсутствие внешнего магнитного поля в ускорителях на основе ГТШ с вакуумной изоляцией важно для разработки простых и надежных источников ПБС, Результаты отих исследований представляю? интерес также для поникания механизма пробоя электровакуумной изоляции.

Цели работы

1. Исследование формирования электронных ПБС в вакуумном .плоде в отсутствие внешнего ведущего магнитного поля яри величине тока порядка критического токэ диода.

2. Разработка взрнвозшесюжых диодов и получение ПЕС в ус-

. - 4 -

корителях на основа мощных малоип.дуктивЕых гоноратороз іізркеа о вакуумной изоляцией.

Научная воеизнз

1 а Іїссдздовани зависимости тока диода с острийным или лезвийным катодом от высоты эмиттера h над катодной плоскостью и радиуса, катодной плазш г. Найдены приближенные соотношении для тока диода с острийным и лезвийным катодом в зависимости от h и г.

2. Провзденн численные расчеты к экспериментальные исследова
ния сильноточных диодов с шоголззвгйшми и квазншюскжи катода
ми,- в которых за счет формы катода создаются поперечные электри
ческие поля, позволяющие при сравнимых напряяенностях собственно-

го магнитного ноля на периферия пучка к ускоряющего электрического поля получать ПБС с током порядка критического тока диода.

3. Выполнены исследования эмиссионных свойств катодов с гладкой эмиссионной поверхностью из бархата, карботекстима, угдегра-Фитоеого войлока в микросекродюм диапазоне длительностей электронного пучка и продемонстрирована перспективность их применения для изготовления катодов шкросекундных электронных источников при величине электрического поля в диоде ~ 10⁵ В/см.

4. Показано, что первеанс мккросекундного вакуумного диода-при плотности тока ~ 10 - 50 А/см² превышает расчетное, значение из закона "степени 3/2" в 1.3 - 1.7 раза, что обусловлено частичной компенсацией объемного заряда пучка в результате ионизацин десорбированного с анода газа.

5. Экспериментально исследована возможность отключения тока в пшрокоалертурном сильноточнс; вакуумном триоде с сечениеи пучка ~ 1500 см² при напряжении ~ 500 кЕ.

Научная и практическая ценность

1. Результаты работы вносят вклад в понимание закономерностей формирования сильноточных.микросекундных электронных ПБС в диапазоне токов, близких к критическому току диода.

2. Даны практические рекомендации по проектированию, изготовлению, выбору материалов сильноточных источников ПБС, Они используются в ИСЭ СО РАН при разработке ускорителей для возОузгдешія газовых лазеров.

3. В электронных источниках со взривоэмиссионным катодом подучены пучки сечением до 2-.5ПО³ см², энергией- электронов до 600 кэВ₈ током 60 - 70 кА, длительность» 1.5-2 ко. Реализована параллельная работа двонадцатк таких источников, при зток полный

ток составил ~ 0.7 ?'А„ а энергия пучка ~ 170 гДк. Тезиси, выносге/ле на защиту

4. Порвете взриво эмиссионного диода с острийнпм яли лезвий-пш катодом существенно зависит от высоты эмиттера над катодной плоскостью к слабо завксит от радиуса катодной плазмы.

5. Путем подбора конфигурации электрических полей в сильноточном вакуумном диоде можно сформировать электронный пучок большого сечения с траекториями, близкими к перпендикулярным поверхности анода, с тсксм порядка критического тока диода.

6. В диоде со взрнвоэмиссиошым катодом возможна генерация электронных пучков длительностью до 1.5 - 2 мке с энергией электронов ~ 0.5 - 0.6 МэВ, плотность» тока ~ 10 - 60 А/см² и поперечным сечением до ~ 2.5-Ю³ см^г. Величина тока пучка превышает расчетное значение для вакуумного диода в 1.3 - ! ,7 раза из-за газовнделекия с анода.

А. Во взрнвозшесионном вакуумном триоде возмокно отключение сильноточного ПБС с энергией электронов ~ 0.5 МэВ, током ~ 35 кА путей замыкания управляющей сотки на катод и получение импульсного двукратного умножения напряжения.

'5. Экспериментально доказана возможность устойчивой работы мощных малоиндуктивных ТШ с вакуумной изоляцией. Устойчивость вакуу>шой изоляции к пробоям достигается при токе разряда, большем минимального тока магнитной самоизоляции.

Апробация работы

Результата работа опубликована в 4 статьях в центральной печати, тезисах 3 докладов и 2 научно-технических отчетах. Материала диссертации докладывались на ЇП Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (Томск, 1988) и на Ш Международной Pulsed Power конференции

Структура диссертации

Диссертация содержит 124 страницы машинописного текста, 37 рисунков, 4 таблицы и состоит из введения, четырех глав, заключения з списка литературы из 111 наименований.

Похожие диссертации на Генерация сильноточных электронных пучков большого сечения в ускорителях на основе ГИН с вакуумной изоляцией

Объемная стационарная плазма малой плотности и ее использование для получения электронных и ионных пучков большого сеченияМартенс Владимир Яковлевич

Влияние эксплуатационных факторов на рост водного трининга в кабельной изоляции на основе полиэтиленаКузнецов, Дмитрий Иванович

Автоматизация оценки состояния здоровья человека для обеспечения безопасности длительного пребывания в условиях изоляции на основе системы поддержки принятия решенийНовиков Дмитрий Борисович

Научно-технические основы создания внешней изоляции электрооборудования высокого и сверхвысокого напряженияОстапенко Евгений Ильич

Диагностика изоляции асинхронных электродвигателей на основе использования параметров схемы замещения обмотокЛевачев Андрей Владимирович

Повышение электрических характеристик наружной изоляции устройств электроснабжения на основе моделирования процессов загрязненияКоркина Светлана Владимировна

Системы контроля изоляции высоковольтного оборудования на основе анализа спектров частичных разрядовДеревцова, Людмила Ивановна

Прогнозирование состояния электродвигателей на основе использования многофакторных моделей старения изоляцииГутов, Игорь Алексеевич

Совершенствование диагностики внешней изоляции систем электроснабжения железных дорог на основе параметров тока утечкиКомолов Александр Александрович

Методы и средства диагностики изоляции асинхронных двигателей сельскохозяйтвенного производства на основе частичных разрядовПахомов Александр Иванович