Принцип работы импульсного плазменного источника электронов

Основные технические характеристики источника электронов приведены в таблице 2.6.

Принцип действия электронного источника основан на эмиссии электронов из газоразрядной плазмы под действием электрического поля.

Плазма образуется в специальной электродной системе - разрядной камере.

Схематически электроды разрядной камеры показаны на рисунке 2.2.

Таблица 2.6. Технические характеристики импульсного источника электронов на установке НАНОБИМ-1

Рис. 2.2. Разрядная камера источника

Разрядная камера содержит три электрода - анод и два катода. Полый катод представляет собой полый цилиндр, внутренняя поверхность которого является рабочей при горении разряда. Во втором катоде есть канал специальной формы для вывода электронов в вакуум. Между катодами размещѐн цилиндрический анод. Разрядная камера источника помещена в продольное магнитное поле, создаваемое кольцевым (самарий -кобальтовым) магнитом. В разрядной камере реализуется низковольтный отражательный разряд низкого давления с полым катодом. Для зажигания и устойчивого горения разряда в разрядной камере создается необходимое давление около 3 - 7 Па путем постоянного напуска газа (преимущественно воздуха) через натекатель. Количество напускаемого газа контролируется расходомером. На рис. 2.3. представлена вольтамперная характеристика отражательного разряда с полым катодом (зависимость тока разряда от напряжения разряда).

Рис.2.3. Вольтамперная характеристика отражательного разряда с полым катодом.

Характеристика имеет два участка - участок соответствующий так называемому отражательному разряду (линия 1) и разряду с полым катодом (линия 2). Отражательный разряд инициируется при малых токах и горит в условиях, когда заряженные частицы не проникают глубоко в катодную полость. Этот участок вольтамперной характеристики не является рабочим, из-за незначительной эмиссии электронов из плазмы простого отражательного разряда. Отражательный разряд инициирует эффект полого катода в трехэлектродной разрядной системе. При определенной величине разрядного тока плазма проникает в катодную полость и инициирует в ней эмиссионные процессы, при этом в полости устанавливается распределение потенциала, создающее условия для радиальных колебаний быстрых электронов, которые вызывают интенсивную ионизацию газа. Эмиссионная система электронного источника служит для извлечения электронов из газоразрядной плазмы и ускорения их до необходимой энергии и первичной фокусировки. Эмиссионная система образована катодом с эмиссионным отверстием и ускоряющим электродом. Положительный относительно заземленного ускоряющего электрода потенциал подается на катод, в межэлектродном промежутке создается сильное электрическое поле, которое ускоряет электроны, вышедшие из плазмы. В ускоряющем электроде источника есть отверстие, предназначенное для выхода ускоренных электронов в пространство дрейфа. Прошедшие высоковольтный промежуток катод - ускоряющий электрод и ускорившиеся до полной энергии электроны попадают в магнитное поле фокусирующей линзы, где происходит окончательная фокусировка электронного пучка. Отклоняющая линза, предназначена для отклонения пучка от оси в двух взаимно перпендикулярных направлениях и его развертке на изделии.