автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Высоковольтная сильноточная фаза вакуумного и плазменного разрядов и управление их параметрами

РГ6 • оа

п Росайсясзя Академия наук

\ ■] * V.! Уральское отдалэЕпэ

Институт элактрофззпа

Базэнов Геннадий Пантелвввач

Ш 621.285.5

высоковольтная СИЛЬНОТОЧНАЯ ФАЗА ВАКУУМНОГО и ЩАЖЕННОГО РАЗРЯДОВ И УПРАВЛЕК® ИХ ПАРАМЕТРАМИ

CS.27.02 - вакуумная л плазнэнЕая электроника

Дассэртацпя на соискание ученой степени доктора • ■ фгавко - иатекатачвскаг нзук в форма научного доклада

Томск - 1993

Работа выполнена в Институте алоктро^аики Уральского отделения Российской Академии наук

Г *

Официальные оппонента: доктор фззихо - математических паук Ю.Д.Королев (ИСЭ СО РАН, г.Томск)

доктор физнко - математических наук Л.Ы.Баскин (ЛЭИС ЕУ.Ы.А.БоЕЧ-Вруевича, г.Сшкт-ОатерСург)

доктор технических наук Г.Ы.Кассиров (ТПУ, г.Томск)

Ведущая организация: Томский Институт автоматизированных .

систем управления с радиоэлектроники

Защита <хютодгся ¿л^-*?* 1993 г. в_часов

на заседании специализированного Совета Д003.41.01 при Институте сильноточной элоктроршси СО РАН по адросу: 634055, Томск, пр. Академический 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кастптута сильноточной электроники СО РАН.

Диссертация в форме научного доклада разослана 7 С ¿г^/^/-/" 1593 р.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор физико - математических наук

¿Проскуровский

ВВЕДЕНИЕ

Начало 70-х годов в истории изучения электрического разряда знаменуется завершением длительной дискуссии о механизме инициирования пробоя и развития разряда в вакууме. Исчерпывающее представление о противоборствовавших в дискуссиях гипотезах дано в книге И.Н.Сливкова [1]. Толчком к завершению дискуссий послужила статья [21. В С2]с наносокундным временным разреаением исследованы развитие свечения и рост"тока разряда. Результаты исследования неопровержимо докас^али связь инициирования пробоя с возникновением свечения на катоде, а роста тока - с расширением свечения вглубь промекутка. Вакнейшая из проблем любого исследования -проблема выбора - была решена. Из шокества гипотез восторкество--вала гипотеза о катодном механизме инициирования пробоя. Ванность' этого события заклэталась и в том, что определилась отправная точка для дальвэ&кх исследования. Это сделало необходимым и возможным перемещение акцента исследований на стадию роста тока разряда. Росту тока разряда сопутствуют явления, интересные своими практическими прилогенияюи 0 значимости этих приложений свидетельствуют многочисленные курнальные публикации, монографии, материалы регулярно проводимых национальных и международных симпозиумов. Перечень современных проблем науки, техники, технологии, средством ресенпя которых разряд обещает стать уЕе в ближайшие годы, включает такие злободневные проблема, как энерго- и ресурсосбережение, охрана окрунаетей среды и создание принципиально новых псточникоз энергии.

Обдзя характеристика работы. В настоящей работе обобщены результаты экспериментального исследования физических явлений в высоковольтной фазе вакуумного и плазменного разрядов, выполненных под руководство:.? и с личным участием автора в период с 1968г. по 1990г. Исследованы: а - эмиссия плаз:,а, электронов и ионов в вакуумном и плазменном разрядах; б - десорбция газа при бомбардировке электродов"потоками заряженных частиц в процессе разряда и влияние десорбированного газа на характеристики разряда; в - вли-

1. Слквков И.Н. Злвктроизоляция и разряд в вакууме. Ы., Атскиздат, 1972, 303 с.

2. Бугаев С.П., йскольдский А.Н., Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Электронно-оптическое наблюдение инициирования и развития импульсного пробоя короткого вакуумного промежутка. - ЕТФ, 1367, Т.37, Я12, с.2206-2203.

яние материала электродов разрядного промекутка на характеристика . разряда; г - управляемость разряда с помощью внешних воздействий, использования.соответствующих материалов и конструктивных решений. ''

Актуальность работы хорошо видна ретроспективно. Так, вскоре после создания первых оптических квантовых генераторов /ОКГ/ стало очевилно, что одной из важнейших_кошонент импульсных ОКГ является система возбувдения активной среда электронным пучком на основе высоковольтной фазы вакуумного разряда. Научные и практические задачи требовали наращивания энергии и мощности излучения ОКГ, что достигалось увеличением площади поперечного сечения • электронного пучка, длительности генерирования пучка разрядом, плотности тока в электронном пучке или одновременным увеличением нескольких параметров. Всякий раз, когда возникала необходимость решения подобных задач, возможность решения была подготовлена предшествующими исследованиями разряда. Аналогично можно проиллюстрировать актуальность проводившихся исследований на примере создания источников ионов для имплантационной металлургии, плазменных прерывателей тока для мощных индуктивных накопителей энер-' гии. Исследование высоковольтной сильноточной фазы вакуумного и плазменного разрядов и управление их параметрами и сегодня не потеряло актуальности. Здесь следует особо выделить три аспекта проблемы: а - расширение сферы применения разрядов с уже освоенным диапазоном параметров; б - расширение диапазона полезных параметров разрядов; в - переход к получению пучков заряженных частиц в разряде, осуществляемом непосредственно в той среде, в которой предполагается использование пучка.

Цели работы. Высоковольтная фаза вакуумного и плазменного разрядов является' промежуточной между моментом инициирования пробоя и моментом перехода разряда в дуговой, когда ток разряда достигает величины, ограниченной сопротивлением внешней цепи, напряжение на разрядном промежутке спадает до нескольких десятков вольт, а генерирование электронного и ионного пучков прекращается. Время перехода разряда в низковольтную дуговуи фазу определяется заполнением промекутка плазмой, которая поступает с электродов и распространяется в промежуток со скоростью более 106 см/сек. Переход разряда в низковольтнур дуговую фазу осуществляется за время не более нескольких сотен наносекунд. Возможно значительное (до единиц наносекунд) сокращение этого времени при заполнении разрядного промекутка плазмой или плазмообразущей сре-

доП от постороннего источника до приложения напряжения. Способ увеличения длительности высоковольтной фазы разряда на момент начала работы был неизвестен. Известны были эксперименты Рейхруделя Э.М. с сотрудника:.!!! по затяггшанню высоковольтной фазы разряда 131, но попытки воспроизвести результаты этой работы по содеряа-С5йся в ней информации оказались безуспешными, очевидно, из-за неполноты информации. Длительность дугового разряда также ограничена - чем меньше величина тока дугового разряда, тем иеньпе его длительность. Обрывы тока дугового разряда детально исследованы Кесаевнм И.Г. п подробно описаны в монографии [43. И высоковольтная, и низковольтная фазы разряда могут сопровождаться неустойчи-востями. Первая - кратковременными всплеска:.® на фоне монотонного роста тока, вторая - кратковременными срывами тока с последующим, восстановлением его прегкэго значения. Возможно, однако, и устойчивое протекание тока в обеих фазах разряда. Все состояния разряда и злектроразрядной системы в целом являются результатом адаптации разряда к изменениям внешних и внутренних условий в процессе функционирования разряда. На момент начала работы условия перехода разряда пз состояния в состояние, а тем более способы организации таковых не были известны. Исходя из представления о разряде как о самоорганизукцейся системе и из перспективы практических приложений разряда были сформулированы следующие цели работы: а - выявление условий перехода разряда от устойчивого состояния к неустойчивому и обратно; б - организация переходов разряда из состояния в'состояние; в - организация квазистационарного высоковольтного состояния разряда.

На зазлту представлены следующие тезисы:

1. Через 10 - 100 наносекунд после инициирования разряда из-за снижения эмиссионной способности катодной плазмы и роста проводимости разрядного промекутка фронт катодной плазмы переходит в регим насыцения эмиссионной способности. При этом из-за накопления плазмы,-поступавшей с катода, катодная плазма продолжает расширяться, а ток разряда продолжает расти, но с меньшей, чем до перехода фронта плазмы в режим насыщения, скоростью. Скорость роста тока разряда после перехода фронта катодной плазмы в режим

3. Бойм А.Б., Рейхрудель Э.М. Холодный катод с подвигом в электронной пушке. - НТФ, 1963, т.ЗЗ, в.8, с.996-1006.

4. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической .цуги. М., Наука, 1968, 244с.

насыщения тем меньше, чем меньше минимальный ток катода. -

2. В высоковольтной и низковольтной Фазах разряда катодная плазма взаимодействует с поверхностью катода. Результатами взаимодействия являются деионизация плазмы и возбуждение на поверхности катода новых очагов эмиссии. Вблизи от действующего эмиссионного центра преобладает возбуздение новых эмиссионных центров. С удалением от действующего эмиссионного центра концентрация плазмы спадает, деионизация плазмы преобладает над возбуждением нозых эмиссионных центров. Помещением эмиттеров в полость можно компенсировать эмиссию плазмы катодом за счет деионизации плазмы на стенках полости. При сбалансированных поступлении и деионизации плазмы, эмиссионной способности фронта катодной плазмы и проводимости разрядного промежутка реализуется квазистационарный высоковольтный разряд. С возбуждением на катоде в зоне взаимодействия с катодной плазмой новых эмиссионных центров состояние разряда может сохраниться неизменным, но возможен также переход разряда в неустойчивое состояние.

3. Сущность неустойчивых состояний высоковольтной и низковольтной фаз вакуумного и плазменного разрядов одинакова, однако проявления ее различны. Неустойчивое состояние разряда возникает с образованием разрыва в плазме. В высоковольтной фазе он обнаруживает себя всплеском тока, а в низковольтной - срывом тока разряда. Разрыв образуется в слое катодной плазмы с током теплоЕых электронов, недостаточным для прохоздения тока разряда. Дефицит тепловых электронов в слое катодной плазмы возникает как в результате роста тока разряда, так и в результате флуктуаций температуры и концентрации плазмы. При этом не имеет значения - за счет.внутренних процессов в разряде или особенностей внешней цепи растет ток разряда, в процессе генерации катодной плазма или взаимодействия ее с потоком ускоренных ионов из анодной плазмы в катодной плазме возникает слой с дефицитом тепловых электронов.

4. Существует минимальный ток высоковольтного вакуумного разряда. Величину минимального тока определяет материал катода. Для катодов из материалов с большей величиной минимального тока удельный расход вещества катода меньше, а относительное содержание многозарядных ионов в катодной плазме, скорость коммутации, задержка момента инициирования разряда.относительно момента приложения напряжения к промежутку больше. Для катодов, содержащих эмиттеры из различных материалов, инициирование разряда происходит на поверхности эмиттера с меньшей величиной минимального то-

ка. .Плазма функционирующего эмиттера с меньшим минимальным .током стимулирует возбуждение эмиссионных центров на поверхности эмиттера с большим минимальным током, после чего ток первого эмиттера обрывается. Величины минимальных токов высоковольтного вакуумного разряда и известные величины пороговых токов дугового разряда одинаковы.

5. С момента инициирования разряда в промежуток поступает газ с анода. Газовыделение с анода обусловлено электронно-стимулированной десорбцией, эффективность которой составляет ~ (1 -10) молекул/электрон. Фронт потока десорбированного газа распространяется в промекуток со скоростью (5 - 7)•10А см/сек.

6. При плотности модности потока электронов, падающих на поверхность анода, менее 107 Вт/см2, концентрации молекул, остаточного газа меньшей критической ~ 1013 см-3 анодная плазма образуется в среде молекул остаточного и десорбированного газов. Анодная плазма образуется в момент, когда разность потенциалов между фронтом потока газа и анодом, толщина слоя десорбированного газа, а такхе суммарная концентрация молекул остаточного и десорбированного газов в слое в совокупности удовлетворяют уравнения кривой закигания газового разряда для смеси молекул остаточного и десорбировашого газов.

7. Образование неконтролируемой анодной плазмы нарушает устойчивость квазистационарного высоковольтного вакуумного разряда. Нарушение устойчивости разряда задерживается на время порядка Ю~6 сек. За это время формируются концентричные эмиссионные поверхности катодной и анодной плазм, образуется сферический диод с внешним анодом. Поток ускоренных в разрядном промежутке ионов из анодной плазмы повышает температуру и концентрацию катодной плазмы. За счет увеличения эмиссионной способности катодная плазма приобретает возможность отреагировать на увеличение проводимости разрядного промежутка с появлением анодной плазмы. Ток разряда увеличивается и разряд переходит в низковольтную дуговую стадию.

Вклад автора. Автору принадлежит определякшая роль в постановке задач, планирования и постановке экспериментов, анализе и интерпретации результатов экспериментов, представленных в докладе.

Реализация результатов. Результаты исследований применены при создании источника электронного пучка микросекундной длительности с плотностью тока г 1 А/см2 для накачки Хе-С1-лазера, источника ионов для имплантационной металлургии, плазменного преры-

вателя тока с (¿гкросекундцой длительностью ввода энергии в. индуктивный накопитель. По есэм этим устройствам Институту принадлежит приоритет в стране, а плазменный прариватель по совокупности достигнутых параметров на момент создания превосходи лучшие аналога в мире.

Апробация и публикации. Материалы диссертации докладывались на 7 Международных и 8 Всесоюзных конференциях. На основании исследований предлога ни технические решения, новизна и оригинальность которых подтверждена 14 авторскими свпдетельстваш на изобретения. По материалам диссертации опубликовано 28 статей в научных журналах и сборниках, сделано 17 докладов на конференциях.

Научная новизна.

1. Обнаружен минимальный ток, ниже которого высоковольтный разряд развиваться не способен. Показано, что величина минимального тока определяется материалом катода и количественно совладает с величиной порогового тока дугового разряда.

2. ОбнарукэЕО насыщение эмиссионной способности фронта катодной плазмы.

3. Исследованы электронно-стимулированная десорбция газа с анода разрядного промежутка, условия образования плазмы в слое дэсорбированного газа, связь коммутации разрядного промежутка с образованием анодной плазмы.

4. Исследовано взаимодействие катодной плазмы с поверхностью катода. Показано стимулирующее воздействие плазш при возбуждении новых эмиссионных центров на катоде, а также наличие эффективной де ионизации плазмы на поверхности металла и диэлектрика.

5. Исследованы неустойчивости тока, возникающие в процессе разряда. Показано, что причиной самопроизвольных всплесков и срывов тока разряда &вляются спонтанные или вынужденные разрывы в катодной плазме.

6. Получено непротиворечивое представление о механизме эмиссии электронов и плазш катодом, объясняющее наличие связи состава плазш разряда со свойствами и составом материала катода.

Практическая ценность.'

1. Обнаружение минимального тока позволило при разработке источников электронов выбирать материалы катодов, обеспечивающие максимальную однородность формируемых пучков

2. Обнаружение насыщения эмиссионной способности катодной плазмы позволило формировать - эмиссионную поверхность заданной геометрии, создавать источники квазистационарных я фокусированных

тронных пучков.

3 Обнаружение роли десорбированного газа в ограничении длительности высоковольтной стадии разряда позволило создавать источники электронов микросекундной длительности с плазменным анодом с плотностью тока порядка Ю3 А/см2, плазменные прерыватели тока с кикросекундными длительностями низкоомного состояния, прерыватели тока на основе десорбционной плазмообразувдей среды с длительностью низкоомного состояния порядка миллисекунд.

4. Освоение плазменного анода позволило приступить к созданию источников ионов металлов, развернуть работы по модификации поверхностных свойств материалов имплантацией ионов металлов.

5. Обнаружение разрывов в катодной плазме и исследование механизма их возникновения позволили найти способы модуляции и управления выключением разрядного тока.

I. Анодная плазма. Источники, условия образования, влияние на состояние разряда.

Глава содержит сведения о развитии свечения разряда и условиях возникновения эрозии анода. Показано влияние степени покрытая поверхности анода адсорбированными продуктами на картины свечения разряда без эрозии анода. Продемонстрировано влияние плотности потока мощности электронного пучка, бомбардирующего поверхность анода, на картины свечения разряда. Дано описание устройств для измерения эффективности электронно-стимулированной десорбции газа, скорости потока десорбированного газа. Показано изменение эффективности десорбции с изменением степени покрытия поверхности анода и "качества" вакуума. Показано также, что не сам по себе остаточный или десорбированный газ, а образующаяся из него плазма изменяет состояние разряда, определены условия образования плазмы, высказывается предположение о сходстве этих условий с законом Пашена. Предлагается классификация режимов разряда по отношению длительности высоковольтного состояния разряда к времени прохождения разрядного промекутка фронтом потока десорбированного газа. В одном случае происходит накопление молекул десорбированного газа е разрядном промежутке до тех пор пока концентрация остаточного и десорбированного газов не достигнет критической. В другом случае суммарная концентрация молекул остаточного и десорбированного газов межцу фронтом потока десорбированного газа и анодом превышает критическую. При этом плазма образуется в слое газа раньие, чем фронт десорбированного газа достигнет эмиссионной по-

верхности катодной плазмы. В условиях отсутствия эрозии анода установлено, что с истощением адсорбированного слоя на аноде ток разряда обрывается. Продемонстрировано, что не вся поверхность анода одинаково интенсивно поставляет газ в промежуток, а интенсивность поступления газа с одного и того же участка поверхности во время разряда флуктуирует. При достаточной для . эрозии анода энергии электронного пучка эрозионный след "привязан" к источнику плазмы или плазмообразуицей среды на аноде. В разрядном промежутке с автономным источником плазмы на аноде осуществлены воздействие на форму и положение электронного пучка, переключение разряда из низковольтного состояния в высоковольтное. Обсуждается механизм изменения состояния разряда с возникновением анодной плазмы.'

1.1. Анодная плазма в картинах свечения разряда.

Эрозия анода.

Наиболее существенная исходная информация представлена на рис.1 электронно-оптическими снимками свечения разряда между широкими электродами. Аналогичная информация для разряда мезщу ос-трийным катодом и плоским анодом представлена на рис.2. Другое доступное визуальному наблюдению явление - эрозия электродов, фотографии следов эрозии поверхности анода также, приведены на рис.1 и 2. Кахшй след (фотография) соответствует определенной длитель- ■ ности искровой стадии единичного незавершенного разряда.' Фотографии расположены в порядке возрастания длительности разряда на (3 - 4) не.

Амплитуда импульса напряжения ио, длительность разряда гр и длина разрядного промежутка <1 образуют набор параметров, от сочетания которых зависит, появятся ли за время разряда видимые изменения на поверхности анода. На рис.3 представлены критические сочетания и0, гр и (1 для промежутка с острийным катодом и плоским медным анодом.

Первичная плазма катодного и анодного факелов не обязательно образуется из продуктов эрозии электродов. Для анодного факела это легко подтверждается результатами наблюдений за развитием свечения принудительно возбуждаемого с помощью поджигающего импульса на катоде разряда в условиях, когда самопроизвольное воз-. буждение разряда невозможно. Из рис.3 'видам, при каких сочетаниях ио и 1 не следует ожидать эрозии анода. Картина развития свечения разряда в подобных условиях (рис.4), однако, не отличается от де-'

А, Б| Вц Г( Д(

пп (й1 рп m mrm ^—' ПГ7 гп mjjL.----

' о ' i ' aii 16 a'ai =8" в ж '

Рис.1. Осциллограмма тока' и картины свечения разряда в промежутке длиной 0,35 мм между медными электродами диаметром 20 мм. К промежутку приложен прямоугольный импульс напряжения амплитудой UQ = 35 кВ от генератора на отрезке коаксиального кабеля с волновым сопротивлением р = 75 Ом. Давление остаточных газов PQ = 5-Ю-5 Topp. Интервалы экспозиции свечения разряда и моменты обрыва тока указаны на осциллограмме. Обрыв, тока осуществлялся принудительно с" помощью срезающего разрядника. Рядом со снимками свечения для тех же условий показаны следы эрозии, образующиеся за время до обрыва тока разряда. Плотность мощности электронно-

го пучка на Вт/см2.

аноде достигает 10

Я С. -Ж Lr J^y

Wv-.-^.-'j^isijp

Рис.2. Осциллограмма тока и картины свечения разряда в промежутке между острийнкы катодом и йлосккм анодом.Период калибровочной синусоиды 2 не. Условия эксперимента те же, что и для рис.1. Здесь же приведены фотографии следов эрозии и зависимость радиуса эрозионной метки Ну на аноде от времени до обрыва тока. Над фотографиями следов эрозии указаны длительности протекания тока до обрыва разряда. Изменение радиуса й^ происхот дит только в искровой стадии разряда. В течение 80 не горения дуги размер метки не изменяется.

ио,кВ

d.tcj

Рис.3. Условия возникновения эрозии анода. Определение условий осуществлено по следующей методике: при неизменных d и tp производилось несколько включений разряда, каждому из которых соответствовала своя величина UQ. Бремя t определялось длительностью импульса генератора t . Перед каждым включением напротив вериины острийного катода устанавливался новый участок поверхности анода. После извлечения анода из разрядной камеры отмечались самое низкое напряжение и0, при котором еще образовывалась эрозионная метка (1), и предшествовавший ему уровень 0-, при котором эрозионная метка не

- it' ..-i Ik^S

УУ1

0, при котором эрозионная метка образуется (2).

Рис.4. Интегральные снимки свечения разряда, осциллограммы напряжения на разрядном промежутке Up и тока разряда I . До возбуждения разряда к промежутку приложено постоянное напряжение (JQ = 180 В. Еозбуждение разряда осуществлялось вспомогательным разрядом между катодом и поджигающим электродом. В момент начала роста I начинается

t.KKC:

50}

Va

спад и . Рост I обеспечивается расширением катодной плазмы. Затем расширение катодной плазмы и

рост приостанавливаются. Снимок А характерен для стадии роста и„ после первоначального спада. Когда и достигает (100 - 120) В,

н ■ р

возникает свечение у анода, начинается повторный спад ир (снимок Б). Во время повторного спада ир свечение расширяется в промежуток, увеличивается его яркость (снимок В), возобновляется рост К моменту окончания повторного спада ир именно анодное свечение заполняет основную часть разрядного промежутка. Можно заметить-, что и катодное свечения, не обнаруживавшее ранее видимых изменений, теперь возросло в размерах, приобрело евд направленного от катода потока (снимок Г). Плотность мощности электронного пучка на аноде не более 104 Вт/см2.

констрировавшэйся на рис.1 и 2 - вслед за катодным факелом образуется анодный. В условиях рис.4 эрозии анода не наблюдается даже при миллисокукдной длительности разряда. Следовательно, анодный факел образуется в среде продуктов газовыделения с анода.

Во время разряда адсорбированные на поверхности анода продукты хотя бы частично удаляются. На восстановление слоя адсорби-ровашшх продуктов требуется время. Степень покрытия поверхности анода адсорбированными молекулам! остаточных газов можно изменять. регулируя промежуток между включениями разряда I . Удобно, что при этом допустимо многократное удаление и восстановление покрытия. Тагам образом можно регулировать параметры плазмы анодного факела и изучать его влияние на состояние разряда. Диапазон

в КОТОР°М картины стечения разряда чувствительны к величине.' г , заключен в интервале от 30 до 240 сзк при давлении остаточного газа в разрядной камере порядка Ю-5 мм.рт.ст.(рис.5).

Состав атмосферы остаточного газа неоднороден, парциальные давления компонент атмосферы различны, а коэффициент прилипания молекул не рзЕен 1 и для молекул разных веществ может отличаться более, чем на порядок. Без специальных исследований состава ад-сорбзта и атмосферы остаточных газов достоверная оценка времени образования монослоя абсорбированного газа невозможна. Правомерно предположить наличие в составе поверхностных загрязнений продуктов рабочей жидкости вакуумного насоса, что позволяет понять наблюдаемую реакцию сЕвчения разряда на изменение I . В пользу данного предположения свидетельствуют большой молекулярный вое ~ 103, низкое парциальное давление ~ 10~7 мм.рт.ст. паров вакуумного масла в разрядной камере и более высокий, чем для других компонент атмосферы остаточного газа, коэффициент прилипания молекул масла к поверхности. Даже при невысокой степени покрытия поверхности молекулам масла распад каждой молекулы под действием электронного потока на множество молекул углеводородов с меньшим молекулярным весом, может обеспечить высокую эффективность газовыделения при разряде.

"Запас" адсорбированных веществ на поверхности ограничен. Можно подобрать параметры потока электронов, достаточные для эрозии поверхности анода, но за время большее, чем необходимо для удаления адсорбированного слоя. На рис.6 показан интегральный снимок свечения в доускоряющем промежутке электронной пушки при плотности мощности электронного пучка на аноде доускорящего промежутка ~ 107 Вт/см2. Здесь же показаны эрозионные следы на по-

Рис.5. Интегральные снимки свечения разряда, полученные при различных временных интервалах

между включения;® разряда г.

хгр

А - первое включе-[А

г

ние разряда после вскрытия вакуумной. камеры или лительно: 4 мин,; В

длительного перерыва между включениями; В - I =

= 2 мин.; Г - г^ = 1 мин. Свече-пр пр —^^

ниэ снято после 10-15 включений разряда. Картины свечения при многократном возврате к любому из значений 1; от любого другого 1; устойчиво вое производятся. Плотность мощности электронного пучка на аноде не более 104 Вт/см2.

Рис.6. Фотография свечения доускорящзго' промежутка электронной пушки с поперечной компрессией пучка ~ 300(а). Напряжение между катоде:,? и анодом пушки (20 - 30) кВ. Давление остаточных газов Р0 = &-10-5 ым.рт.ст. Разряд возбуждается при. срабатывании ГИН, высоковольтный вывод которого повышает потенциал катода и анода пушки относительно заземленного анода доускорящего зазора на 110 кВ. Следы эрозии на аноде (0).

верхности анода из дюралюминия после десяти включений разряда. Параметры пучка: диаметр 3 мм, ток 5 А, энергия электронов 140 кэВ, длительность ~ 10_А с. При таких параметрах пучка в плазме анодного факела наблюдается разрыв. Внешний слой анодного факела образован плазмой из продуктов десорбции, а внутренний - из продуктов эрозии анода. Возможность наблюдения разрыва в анодной плазме на интегральных снимках свечения свидетэльствует, что образование плазмы из десорбированных продуктов произошло уже после удаления адсорбированного слоя с поверхности анода и расширения продуктов десорбции в межэлектродное пространство.

1.2. Электронно-стимулированная десорбция (ЭСД) газа с анода.

Для удаления монослоя газов и паров с поверхности анода за время Ю-4 с при плотности тока порядка Ю2 А/см2 эффективность электронно-стимулированной десорбции у должна быть более 10~2 мол/эл. Это на (.кого порядков ниже реально наблюдаемой эффективности десорбции. На рис.7 показана схема устройства для измерения т. Через отверстие 51 пучок электронов с плотностью тока Зе = (0,3 - 9) А/смг, длительностью 1; = (0,3 - 5) мкс и с энергией (1 - 2)•105 эВ проникал в объем V,. Время г = 60 с. Десорбирован-ный пучком газ через отверстие Б2 поступал в объем с "открытым" ионизационным манометром. Удаление газа из объема У2 осуществлялось через отверстие Б3. Эффективность 7 оценивалась по приросту давления в объеме V после воздействия пучка на приемную поверхность коллектора электронов.

При первых включениях пучка прирост давления от импульса к импульсу резко уменьшается. В зависимости от параметров пучка требуется от 10 до 100 включений, прежде чем установится равновесное состояние облучаемой поверхности. Повышение давления в объеме V при закрытом фольгой отверстии наблюдается только в случае проникновения пучка сквозь фольгу. Если фольга непрозрачна для электронов, энергия пучка поглощается фольгой, фольга нагревается, но это не сопровождается повышением давления, сопоставимым с повышением при прозрачной для электронов фольге.

Количество десорбированного газа пропорционально величине заряда ч, поступавшего на приемную поверхность коллектора электронного пучка (рис.7). Величина 7 не зависит от плотности мощности в электронном пучке. Величина 7 в случае применения для получения вакуума паромасляных насосов составляет 7,2-12,5 мол/эл.

1В,1ЖА

Рис.7. Схема устройства для измерения эффективности газовн-деления 7 и зависимость максимальной величина тока коллектора ионизационного манометра I от величины заряда q, поступающего на приемную поверхность коллектора электронного пучка. 1 -ЮО^.укКл отверстие Б, закрыто фольгой; 2 - отверстие открыто. Материал

фольги (¿1 или Т1) значение

на

1Г не влияет.

Ш

4, ' IH-CJ-—(I.

Рис.8. Схема плоского ионизационного манометра: 1 - катод; 2

- поджигающий электрод; 3 - фокусирующий электрод; 4 - сетчатый анод; 5,- отражающий электрод (коллектор ионов); 6 - сетка с высокой прозрачностью; 7 - отклоняющие пластины анализатора энергии части патока ионов, проходящих через отверстие в коллекторе 5; 8

- приемные пластины анализатора энергии ионов. Расстояние катод 1

- анод 4 равно 4 см. Расстояние анод 4 - коллектор 5 равнялось 3 см, а расстояние сетка 6 - коллектор 0,5 см. В разрядном проме-:кутке формировался цилиндрический электронный пучок с энергией ¿лектронов Юа эВ, током (5 - 10) А, площадью поперечного сечения пучка 75 см2, длительностью (80 - 120) мкс. Длительность электронного пучка ограничивалась пробоями промежутка катод 1 - анод 4.

.Средняя скорость газа V , оцененная по времени перетекания газа из V, в 72, составляет б.Э-Ю4 см/с. При температуре 300° К такая величина соответствует молекулярной массе М = 13.

На рис.8 показана схема плоского ионизационного манометра с анализатором энергии ионов. Составной частью ионизационного манометра является разрядный промежуток с принудительным возбуждением разряда. При разряде в промежутке анод - катод пучок электронов из разрядного промежутка проникает в тормозящее поле промежутка анод - коллектор. Электроны пучка несколько раз пересекают плоскость анода-сетки прежде чем попасть на поверхность анода. Осаждение электронов на поверхность анода как со стороны катода разрядного промежутка, так и со стороны коллектора ионов, равновероятно. Поэтому от анода распространяются идентичные, но противопо-.' ложно направленные потоки газа. Поскольку параметры потоков газа одинаковы и оба потока пронизываются одним и тем же пучком электронов, по величине и характеру изменения тока коллектора ионов I можно судить о параметрах потока газа, распространяющегося с анода в разрядный промежуток. Эксперименты выполнены при = 30 с.

В начальные моменты разряда ток I пропорционален току разряда и давлению остаточного газа Р0. Однако уже в первые две-три микросекунды пропорциональность 1к/1р давлению Р0 нарушается из-за опережающего роста 1к по сравнению с I . Можно предположить, что быстрый рост тока коллектора ионов обусловлен возникновением на поверхности коллектора эмиссионных центров (катодных факелов) и, таким образом, возбуждением разряда в промежутке анод-коллектор. Но рост 1к/1р сохраняется при наличии между коллектором и анодом сетки с высокой прозрачностью, а также при подаче на сетку отрицательного относительно коллектора потенциала величиной до 300 В. При визуальном наблюдении на поверхности коллектора не обнаружено свечения, сопровождающего функционирование катодных факелов. Поэтому рост 1к/1р остается-связать лишь с ростом давления в ионизационном манометре в течение разряда. Раздельная регистрация токов 1К1 и с каждой из частей разделенного пополам коллектора ионов Ее обнаруживает существенных различий в величинах и в характере изменения каждого из токов. Это свидетельствует об однородном распределении источников газовыделения по поверхности анода.

Часть потока ионоз, прозедшая через щель в коллекторе ионов и между отклоняющими пластинами 7, осаждалась Еа приемных плзсти-

нах анализатора энергии. При наличии разности потенциалов, казду отклоняющими пластинами в цепях приемных пластин протекает нарастающий во времени ионный ток (рис.9). Ток приемной пластины, рас-

Рис.Э. Осциллографы тока разряда и токов приемных пластин анализатора энергии ионов 1п. 1П1 - ток пластины, расположенной напротив цели в коллекторе конов 5 (см. рис.8);

- ток пластины, отстоящей на 5,5 мм от щели; I - ток пластины, удаленной на 11,5 мм от щели в коллекторе ионов. К отклоняющим пластпнам 7 анализатора энергии ионов' (рис.8) приложено напряжение ± 300 В. Дазл-з-ниэ остаточного газа км.рт.ст.

положенной напротив щели в коллектора еоеоз, нарастает значительно быстрее, чем ток периферийной пластиш. Это означает, что увэ-личэниэ I происходит вначале за счет увеличения числа eucoko-энэргетичных ионов, зарождающихся в слое .газа у аиода, и что слой газа расширяется, заполняя промежуток анод-коллэктор. По ьзрэ продвижения фронта десорбированного газа в области пространства с потенциалом, более близким к потенциалу коллектора, ' возрастает доля низкоэнергетичных ионов, и, соответственно, возрастает ток периферийных приемных пластин. При отсутствии разности потенциалов между отклоняющими пластинами, ток периферийных пластин появляется лишь после пересечения фронтом десорбированного газа промежутка анод-коллектор (через 60 - 80 кис от начала разряда). Учитывая, что начало движения фронта газа с точностью до Ю~б с совпадает с началом разряда в промежутке анод-катод, длина промежутка анод-коллектор равна 3 см, получаем скорость потока газа рчр.ную '.4 - 5) • 104 см/с. Предполагая, что газ в промежутке рас-г^-зделен однородно, по значениям 1к/1 .из осциллограмм и калибровочной зависимости можно найти прирост давления к моменту появления тска периферийной приемной пластины и таким образом оценить т. Она окасывается близкой к 1 мол/электрон.

• Сопоставляя найденные разными способами величины V и 7, замечаем очень хороиее совпадение и почти на порядок отличающиеся значения 7. Условия экспериментов по опраделэшсо этих величин различаются, кроме прочего, временем 1 . Различия свечения на снимках разряда рис.5 обусловлены только различием времени ^ В совокупности визуальная информация рис.5 и значения 7, найденные в двух последних экспериментах, позволяют заключить, что с увеличением г от 30 до 60 с величина 7 увеличивается от 1 до 10 мол/электрон.

1.3, ЭСД и состояние разряда.

Сам по себе десорбированный газ на состояние разряда влияния не оказывает. Изменение состояния происходит при образовании в-десорбированном газе плазмы. Для возникновения плазмы необходимы' определенные условия, среди них немаловажным является концентрация газз в разрядном промежутке. Если давление Р0 таково, что критическая концентрация газа п^ в промежутке имеется уже к моменту возбуждения разряда, то для возникновения анодной плазмы пет необходимости в десероировакном газе. Если жэ п0 < п^, задержка момента образования анодной плазмы относительно момента гозбуждения разряда зависит от концентрации молекул пд в потоке десорбированного газа.

Нз рис. 10 пр:геде1ш зависимости времени до возникновения снодной плазмы от Р0 при использовании разных средств получения вакуума. Видно, что длительность высоковольтного состояния разряда уменьшается с ростом Р . Эффект, аналогичный увеличению Р0, ос:еспечзгвается за счет увеличения содержания паров масла в атмосфере остаточного газа. С увеличением ?0 различия, обусловленные изменением содержания паров масла в остаточной атмосфере, нивелируются к при Р0 = 2-10~л мм.рт.ст. исчезают. Параметры пучка электронов, воздействующего нз акод, в пределах возможного поддерживались неизменными. Зависимости, представленные на рис.10, отражают влияние п0 на длительность высоковольтного состояния разряда при неизменных п . Эти же зависимости отражают рост 7 с увеличением содержания паров масла в составе остаточных газов.

Можно поддергивать некзкзнаой п0 и изменять п . Здесь следует различать два случая. Одному случаи соответствуют такие условия разряда, при которых (п0 + пд) < п, . На рис. 11 представлены завис:?,'.ости тска и длительности еысокоеольтнсй стадии от 1. Диапазон изменения тока (1-17) А. Площадь сечения пучка, формкоуемо-

Рис.10. Зависимости длительности высоковольтной стадии разряда гст от давления остаточного газа в пушке,-формирущей остросфокусированый электронный пучок. Откачка разрядной камеры паромасляным насосом без вымора-кивашя (1) и с вымораживанием паров

масла (2). ир = 10 кВ,

1 А.

б-58

10 ми рт.ст.

Рис.11. Зависимости тока электронного пучка (кривые 1, 2) и длительности высоковольтной стадии разряда (кривые 3, 4) от длины разрядного промежутка при напряжении источника питания Ю кВ (1. 3) и 20 кВ (2, 4). ум.рт.ст.

?0 =

5-10'

П,1012сы~3;

10,0 —хг х-------

4.0-

1.0

0,4

0.1

гст-ис

Рис.12. 1 - концентрация десорбированного газа, накапливающегося в разрядном промежутке за время высоковольтной стадии разряда для условий и по результатам рис.11. 2 -исходная концентрация молекул остаточного газа в разрядном промежутке.

го в-разряде, 75 см2. При таких параметрах плотность тока пучка электронов Зе изменялась от 1,3-10-2 до 2,3-Ю-1 А/см2. Приняв у = 3 е = 5'10Л см/с, находим, что пд изменяется в пределах ■ от 5-Ю12 до 9-Ю13 см-3, а время пересечения разрядного промежутка фронтом газа изменяется от 10-Л до 2,6-Ю-4 с. Длительность же высоковольтной стадии разряда г многократно перекрывает диапазон изменения I . Значение г определяется накоплением молекул десорбированного газа в разрядной камере, а не временем пересечения фронтом газа промежутка анод-К8Тод. Помимо время 1; зависит в этом случае от площади поперечного сечения пучка, размеров разрядной камеры, производительности вакуутшых насосоз - от всех факторов, влиянии на баланс поступающих и эвакуируемых из разрядной камеры колвкул газа. Результаты расчета количества накал-.' лзващахся в объеме разрядной камеры за время ^ молекул десорбированного газа по данным рис.11 приведены на рис.12. Видно, что переход разряда в низковольтную дуговую фазу происходит при достижении критической концентрации п^.

Второй случай - в потоке десорбированного газа концентрация молекул (п0 + пд) > п^. Этому случаю соответствует гст < то есть образование анодной плаз;,а в слое десорбированного газа происходит прежде, чем фронт газа достигнет катода. Характерной осо-бенностьа рассматриваемого случая является обрагно-лропорцко-нальная зависимость г от Зе (рпс.13). Можно предполагать, что образование анодной плазмы происходит в результате зажигания газового разряда в слое десорбированного газа в соответствии с законом Пашена. Тогда между напряжением зажигания разряда изсл, давлением газа в слое Рсл и толщиной слоя с!сл должна существовать функциональная связь: изсл = Г(?сл-йсл). Здесь Рсл = (п0 + пд)-к-Т; пд = ¿е7/е7р; йсл = тггсг> Для плоского разрядного промежутка разность потенциалов между анодом и плоскостью межэлектродного пространства, в которой находится фронт газа, равна иол = ир7гг/й (рисИ4). При пд » п0 из этих соотношений, по крайней мере качественно, следует именно такой характер зависимости между 11 как на рис.13. Если в плоской геометрии концентрация на Фронте потока де сорбированного газа Пф = пд, то в промежутке сферической геометрии с внепнкм анодом Пф = пд(1 - йсд/га)~3, а з промежутке с внутренним анодом эта величина равна пй = п (1 + с!сп/га)_3. При прочих равных условиях влияние геометрического Фактора на распределение концентрации молекул дэсорйфованного газа приводит к значительным различиям скорости коммутации проме-

Рис.13. В случае (п0 + п„) >

0 л Ь миг

п^ десорбированный газ являетсякст» фактором, определяющим мя

-от- ^"16

-ст лишь на несколько микро-12

секунд превышает время от момента начала разряда до момента возникновения плазмы в слое де-сорбированного газа.

12 3

5 6

АБСОРБИРОВАННЫМ

Р

ОСТАТОЧНЫЙ' ; - ГАЗ^пд, ••■

КАТОДНАЯ ПЛАЗМА. ■'

. , Р

ЕШНЮШЁЗ

^.А/см2

сл

Рис.14. В разрядном промежутке сосуществуют три области - область, заполненная катодной плазмой, область, заполненная десорбированным газом, и область, заполненная оста-

V то *

точным газом. Если п0 >

не зависит от п„ и I .

д г

V

Если <

гст

(п,

то

< г +

"кр»

ст

При этом г < но (пп + п_) >

как и в предыдущем

д' случае

г* п.)

и зависит от п. < пкр, 10

Если не'

о д тер, ст г сит от скорости накопления газа в

разрядной камере ' до п^. Если не скорость поступления газа ниже скорости удаления, то возможен стационарный высоковольтный разряд.

жутков с внешним и внутренним анодом.

,Во время разряда степень заполнения поверхности анода адсорбированными продуктами и, следовательно, интенсивность газовыделения уменьшаются. Об этом свидетельствуют электронно-оптические снимки свечения разряда в разные моменты времени. Интенсивность свечения разряда, достигнув максимальной величины, снижается. Снижение интенсивности свечения не связано ни с уменьшением тока, ни с уменьшением напряжения на разрядном промежутке. Как можно судить по снимкам свечения и осциллограммам тока, разряд обрывается, когда интенсивность газовыделения снижается до критического уровня.

В стадии обрыва тока интенсивность свечения разряда продолжает снижаться, причем значительно быстрее, чем происходили на-

растание или спад интенсивности свечения в предшествующих стадиях. На фоне монотонного спада тока последовательно наблюдаются образование темного пространства, разделяющего свечение на катодную и анодную плазмы, затем следует быстрый спад вплоть до исчезновения свечения катодной плазмы, расширение темного пространства и, наконец, полное удаление свечения из промежутка (рис.15). Обрыву тока сопутствует повышение напряжения ир на разрядном промежутке. Сама возможность обрыва тока и поведение напряжения ир определяются параметрами внешней цепи и процессами в разрядном промежутке. Один из таких процессов проявляется в кратковременном нарушении монотонного спада тока при обрыве разряда. На рис.16 для рассматриваемого случая показаны снимки свечения, осциллограммы тока 1р и напряжения ир. Особенность обрыва тока, пред-.' ставленного рис.16, состоит в том, что на этапе удаления из промежутка анодной плазга с поверхности анода в плазму распространяется яркое диффузное свечение (кадр Б, рис.16). Возникновение диффузного свечения является предвестником повторного заполнения плазмой разрядного промежутка. Но не анодная плазма заполняет промежуток. Кадры Б-В рис.16 свидетельствуют о катодном происхождении повторно заполняющей промежуток плазмы. За несколько микросекунд до возобновления эмиссии плазмы катодом спад тока приостанавливается. Еяе несколько микросекунд величина тока удерживается вблизи уровня, достигнутого на момент приостановки спада. Затем следует крутой рост 1р и спад ир. Характерно, что величина тока разряда во время броска может превышать ток, протекавший в цепи до начала обрыва. После кратковременного пребывания разрядного промежутка в низкоомном состоянии стадия обрыва тока продолжается.

В промежутке с истощенным адсорбированным слоем повторное возбуждение самоподдерживающегося разряда невозможно, если интервал времени I не достаточен для восстановления необходимой степени покрытия поверхности анода новым слоем адсорбата. Это обстоятельство позволяет в определенном диапазоне длительностей и частот включения разряда исключить переход разряда в самоподдерживающийся и, таким образом, управлять им - включать и выключать с помощью поджигающего разряда на катоде. Для управления необязательно использовать поджигающий импульс такой же длительности, как требуемая длительность основного разряда. Возбуждением упреждающего вспомогательного разряда между катодом и поджигающим электродом предотвратить обрыв тока невозможно. В то же время во-

Рис.15. Элэктронно-оя-ческиб снимки свечения разряда в стадии обршза тока. Области экспозиции указаны на осциллограмме напряжения. Вверху на снимках катод, внизу - анод.

Рис.16. Обрыв тока разряда не всегда происходит монотонно, как на осциллограмме рис.15. Нередко спад тока прерывается ■ кратковременным возобновлением роста тока. Электронно-оптическое наблнь дение свечения разряда в этом случав особенно наглядно обнаруживает связь обрыва тока разряда с уменьшением, а возобновление роста тока разряда с увеличением поступления плазмообразующей среды с анода (вверху - катод, внизу -анод).

зобновление змнсспи плазмы или плазмообразующей среды с анода способно воспрепятствовать обрыву тока. При использовании катодов кз материалов, обладала геттерными свойствам, длительность самоподдерживающегося разряда от включения к включению уменьшается. Так продолжается вплоть до потери разрядом способности к переходу в сгмоподдерживакгдееся состояние. Восстановление этой способности возможно только после удаления поверхностного слоя анода. Если не удалять поверхностный слой, то даже после пребывания анода на воздухе при атмосферном давлении самоподдерживающийся разряд возможен только в нескольких первых включениях. Прекращение перехода разряда в самоподдерживающийся всегда связано с прекращением возникновения аЕодаого свечения.

1.4. ЭСД н эрозия анода.

В условиях, исключающих эрозию анода, десорбция является единственным источником поступления плазмообразующей среды с анода. Кэ вся поверхность анода одинаково интенсивно поставляет газ в разрядный промежуток. От включения к включению на поверхности анода особой яркостью выделяются локальные светящиеся образования, являющиеся, по-видимому, основными источниками плазмообразующей среды. В различных включениях яркость каждого из участков относительно яркости остальных изменяется, но неизменно их местоположение на поверхности. Плотность светящихся образований спадает к периферии канала разряда. Плотность и интенсивность свечения не одинакова для поверхностей разных материалов. Вероятно, рассматриваемые участки поверхности являются центрам адсорбции, о интенсивность свечения, кроме прочего, зависит от активности центров.

За время разряда количество областей свечения, интенсивность свечения одной и той же области неоднократно меняются. Однако, как началу, так и обрыву разряда всегда соответствует наличие на поверхности линь одной светящейся области, но это не обязательно одна и та же область. Очевидно, что з начале разряда свечение исходит от наиболее активного адсорбционного центра, а в конца разряда - от центра с наибольшем "запасом4 адсорбгровзнних продуктов. На эту область I! ее окрестности замыкается большая часть тока разряда, а если плотность потока мощности достаточна, то на месте этой области зарождается эрозионный след.

Образование эрозионного следа можно организовать в заранее предусмотренном месте анода. На избранном участке поверхности

анода, отстоящем на заданном расстояния от центра естественного образования эрозионного следа, по желанию можно было возбуждать вспомогательный разряд (рис.17). При этом всегда, когда возбуждался вспомогательный разряд, он становился центром, вокруг которого формировался эрозионный след. В противном случае - в обычном месте, вблизи оси разрядного канала.

Стягивание тока разряда к источнику плазмы или плазмообразу-ющей среды ка аноде является следствием того, что геометрия двойного слоя между катодной и анодной плазмами соответствует сферическому диоду с внутренним анодом. Геометрия "холодного" разрядного промежутка при этом может быть обратной. Пока количество источников плазмы на аноде велико, ток разряда распределяется меаду ними в соответствии с индивидуальными характеристиками плазмы в каждом из образований. Со временем количество источников плазмы на аноде уменьшается до величины, при которой плотность потока мощности в стягиваемом пучке электронов оказывается достаточной

ИЗОЛЯТОР

подгигАЩШ электрод

Рис.17. Схема разрядного промежутка, использовавшаяся для демонстрации "привязки" места образования эрозионного следа на аноде к источнику плазмы. Промежуток подключен к емкости С = 3 мкФ, и = (25

с

- 30) кВ. При подайте на катоде ка аноде образуется след эрозии диаметром около 8 мм, с центром, совпадающим с осью разрядного промежутка. При поджиге и на аноде, и на катоде эрозионный след "перемещается" в 'место поджпга на аноде. Если не подкиг производится только-на аноде, то разряд в основной цепи .не возбуждается. В этом случае эрозионный след, характерный для основного разряда, на аноде отсутствует.

для эрозии анода. С этого момента способность анода поставлять плазму в разрядный промежуток уже не ограничивается "запасом" адсорбированного вещества, а бывший адсорбционный центр становится цетром формирующегося эрозионного следа.

Поступление в разрядный промежуток анодной плазмы, образующейся в десорбированном газе или в результате эрозии анода, -важный процесс, зависящий от характеристик внешней цепи, геометрии промежутка, межэлектродной среда. В свою очередь характеристики внешней цепи, геометрия промежутка и межэлектродная среда претерпевают изменения, испытывая воздействие эмиссии плазмы или газа анодом, эмиссии ионов из анодной плазмы. Такое взаимовлияние сообщает разряду полезные свойства, но лишает возможности практического использования многих из них.

Чтосы управлять упомянутым взаимовлиянием, важно прежде всего ослабить или даже совсем устранить положительную обратную связь между процессом плазмообразования на аноде и прочими процессами в разрядном промежутке и внешней цепи. Осуществить это наиболее просто контролируемой инжекцией плазмы из автономного источника в межэлектродный промежуток или в какую-либо область промежутка. Таким образом удаотся поддергивать заданные концентрацию плазмы в объеме и на границе "плазма-вакуум", конфигурацию плазменного объема. Плазменный .анод, в свою очередь, позволяет придать формируемому в разряде пучку электронов необходимую конфигурацию, обеспечить сканирование пучка по поверхности анода или коллектора электронов и задержу влияния десорбированных продуктов и продуктов эрозии анода или коллектора на процесс формирования электронного пучка в разрядном промежутке.

Из рис.18,-А - Е видим изменение следов пучка на винипрозе в зависимости от геометрии анода и инкекции перпендикулярно оси пучка одного или двух встречно направленных потоков плазмы. На рис.18, К - 0 представлены фотографии отверстий, прожигаемых формируемым в разряде пучком в медной фольге. Здесь отличие одного снимка от другого - закономерный результат вносимых в ранам работы электроразрядной системы изменений.

Еце одна схема разрядного промежутка с плазменным анодом показана на рис.19. В отлично от предшествующей схемы плазма инжектируется вдоль оси разрядного промежутка. Из здесь же приводимых осциллограмм тока н напряжения видно отличие свойств разряда в промежутке без инкекции и с инжекцией плазмы, изменение свойств разряда с изменением концентрации инжектируемой в промежуток пла-

Рис.18. Следы В03Д9ЙСТВИЯ на В2Е2-проз (А - Е) и медную фольгу (Н - 0) электронного пучка (ЗП), форкзруекого в высоковольтной стадии разряда. Во всех случаях, кроме Д и Е, вашшроз и фольга размещены непосредственно за ' анодом. В промежутке с плоском анодом плазменные пушки (Ш) не включены (А), включены за 4 икс до включения ГШа (Б). В промежутке с полым анодом (ПА) ПП не включены (В); включены обе Ш (Г), включена одна из ПП и вшптроз установлен в 3 см (Д) и вплотную к выходному окну канала транспортировки КТ (Е). Емкость конденсаторов питания С^ » 0,8 мкФ (А - Е). Д, Е - ПА-обезгажен. Обезгаживанне ПА осуществляется с помощью разряда без инжэкции плазмы в полость анода.

Фотографии отверстий, прожигаемых в медной фольге в разряде с обезгаженным ПА при С ш = 0,4 (Н), 0,8 (3) и 1,2 икФ (И). К - ПА необезгажен, С^ = 1,2 мкФ. Фотографии отверстий Л - 0 при инжекцин в полость ПА плазмы одной из ПП: левой с обезгаженным (Л) и необезгаженнкм (М) анодом, правой с обезгаженным анодом (Н). ГИН включен с задержкой, большей (Л - И) или меньшей (0) времени достижения фронтом инжектируемой плазмы стенки полости ПА. С^ = 1,2 мкФ. Положение и размеры отверстий не изменяются при удалении фольги на расстояние 10 см от выходного окна ПА с помощью диэлектрического КТ.

. Рис.19. Схема разрядного промежутка с плазменным анодом. Плазму инжектируют вдоль оси разрядного промежутка коаксиальные плазменные пуски (ПП). Каждая из ПП питается от конденсатора С^ = 3 мкФ. Разряд в ПП периодический с пзриодсм около 1в мкс. При выключенных ПИ квазисташго-нарное состояние высоковольтной стада разряда с током I около 50 кА и напряжением Цр около 106 В длится более 1,5 икс (осциллограмма 1). При напряжении на конденсаторах питания ПП 20 кЗ и задержках включения ГйНа относительно момента включения ПП в диапазоне (23 - 90) г/кс ток I ограничивается собственными параметрами ГКНа (осциллограмма 3), а напряжение ир мало и находится за предела™ разрешения системы регистрации. Диапазону задержек включения ГКНа относительно момента включения ПП (18-23) мкс и больших (90 - 120) мкс соответствует режим с частичным срывом тока I с уровня близкого к току короткого замыкания ГШ до уровня, близкого к току I без предварительного заполнения промежутка плазмой (осциллограммы 2).

■I °р

_КАТОД ..'•••/{_

и f

1 ПП 1

зш.

Эмиссионная способность катодной плазмы ограничена величиной Зе ~ еп7е. Пропускная способность промежутка 33/2 определяется законом "степени трех вторых". По этой причине увеличением только Зе _ или З3/г увеличить ток вакуумного разряда невозможно. В то же время появление анодной плазмы сопровождается ростом тока разряда. Это означает, что растет не только проводимость промежутка, но и эмиссионная способность катодной плазмы. Поскольку энергия ионов с анода много больше энергии ионов в катодной плазме, то ионы анодной плазмы нагревают катодную и увеличивают ее эмиссиннув способность. Эффективность нагрева со временем возрастает в результате переформирования границ эмиссии катодной и анодной плазм таким образом, что увеличивается доля ионов анодной плазмы, успевающих провзаимодействовать с катодной плазмой прежде, чем они попадут на катод.

П. Катодная плазма. Состав, эмиссионная способность, условия образования.

С помощью ступенчатого импульса напряжения исследована эмис- . сионная способность плазмы катодного факела. Обнаружено, что через (10 - 100) наносекунд после начала разряда фронт катодной плазмы переходит в режим насыщения эмиссионной способности. Возникновение всплесков тока разряда связано с самопроизвольными или организованными флуктуациями эмиссионной способности фронта катодной плазмы. Показано, что всплеск тока'возникает при возникновении разрыва в катодной плазме, частично заполняющей разрядный промежуток. На время существования сгустка диод превращается в триод с сеткой - плазменным сгустком. Сгусток плазмы приобретает положительный по отношению к катодной плазме потенциал и увеличивает проводимость промежутка. Особо эффективно увеличивает проводимость промежутка искусственный разрыв в катодной плазме создаваемый кратковременным прерыванием тока разряда. При повторной подаче импульса обнаружено дополнительное увеличение проводимости в результате заполнения промежутка во время паузы между импульсами продуктами эрозии анода или десорбированным с анода газом во время первого импульса тока разряда. Наличие небольшого остаточного напряжения во время паузы между импульсами влияет на стабильность тока повторного импульса. С изменением остаточного напряжения в промежутке с многоострийным катодом изменяется коли- ' чество эмиттеров, функционирующих во время повторного высоко-

вольтного импульса, несмотря на стабильное включение всех эмиттеров во время первого высоковольтного импульса (при этом ток разряда пропорционален числу эмиттеров). Эти изменения связаны с понижением тока, отбираемого с катода на уровне остаточного напряжения, до требуемой для поддержания эмиссии хотя бы одним из эмиттеров величины. Существует также минимальное остаточное напряжение, при котором возможен отбор тока разряда после окончания высоковольтного импульса. Но величина минимального остаточного напряжения в отличие от минимального тока зависит от многих факторов. При остаточном напряжении, меньшем минимального, после обрыва тока разряда наблюдается послеразрядная эмиссия. По извлекаемому из плазмы ионному току исследован состав катодной плазмы, обнаружена связь содержания многозарядных ионов в катодной плазме.' с пороговым током материала катода, показано преобладание в плазме композиционного катода ионов компоненты с большим пороговым током при преобладающем содержании в составе катода компоненты с небольшим пороговым током. Эрозия композиционных катодов характеризуется резко выраженной неоднородностью. Эрозия однокомпонент-ных катодов, изготовленных из материалов, входящих в состав композиционного катода, однородна. На остриАных катодах продемонстрировано, что эрозия происходит непосредственно в зоне функционирования эмиссионного центра и локализована в пределах площадки радиусом ~ 8 - 12 микрон. Количественно удельный расход вещества катода в процессе высоковольтного разряда совпадает с удельным расходом в процессе'дугового разряда.

2.1. Насыщение эмиссионной способности катодной плазмы и устойчивость разряда.

При приложении к разрядному промежутку импульса напряжения ступенчатой формы равенство 12/1, =-(U2/U1)3/2 означало бы, что > J3/2 и ток разряда ограничен объемным зарядом электронов. Реальные зависимости показаны на рис.20 и из них видно, что на момент начала изменения напряжения ¿е = З3/г> эмиссионная граница находится в режиме насыщения, а ток разряда ограничен эмиссионной способностью катодной плазмы.

С насыщением эмиссионной способности катодной плазмы связано возникновение всплесков тока в высоковольтной стадии разряда, возможность формирования кзазнстационарной границы эмиссии катодной плазмы. Насыщение наступает не одновременно по всей поверхности катодной плазмы. Но любой участок поверхности катодной

плазмы, перепадай в состояние насыщения, приобретает чувствительность к изменениям геометрии промежутка и напряженности электрического поля, к колебаниям эмиссионной способности плазма. В процессе разряда реализуются обе возмошости ограничения том. О чувствительности положения эмиссионной границы к изменениям шля свидетельствует (рис.20).

Рис.20. В высоковольтной стадии разряда ток разряда I 10 определяется законом "степени трех вторых" I = аи3/гБ/йг. О С изменением напряжения и ток 1п изменяется больше (1) б или меньше (3), чем того требует закон степени' 3/2 (2). 4 Это означает, что ток ограничен Зе, но эмиссионная грашща плазмы подстраивается под зз/2 таким образом, чтобы' для всех участков эмиссионной 0 поверхности Зе = ¡3/г.

Теперь продемонстрируем чувствительность тока разряда к изменениям эмиссионной способности катодной плазмы. На рис.21 представлены осциллограммы тока разряда в условиях, малоблагоприятных для самопроизвольного возникновения всплесков тока. Осциллограмма рис.21 ,а - типичная для этих условий. Следущие осциллограммы этого же рисунка содержат организованные всплески тока. Организация всплесков осуществлялась принудительным кратковременным увеличением тока катода через заданное время после начала разряда. Для этого в схеме питания был предусмотрен источник вспомогательного импульса напряжения. При необходимости число вспомогательных импульсов можно было увеличить.

Ео всех случаях евдно всплеск тока - "отклик" на тельное увеличение товз катода. Амплитуда всплеска тока ется с ростом длительности вспомогательного импульса, с длительности вспомогательного импульса около 200 распад "отклика» на два. Видно также, 'что большей длительности вспомогательного импульса соответствует большая продолжительность "отклика", меньшей задержке включения вспомогательного импульса

а не

принуди-уменьша-начшгая заметен

. Рис.21. В промежутке с острийным катодом и плоским анодом при d = 18 мм, U0 •= 30 кВ разряд надежно возбуждается на фронте импульса напряжения, ток растет монотонно, длительность высоковольтной стадии более 1 мкс. На снимках А и Б представлены полные осциллограммы тока разряда (вверху) и их начальные участки (внизу). На снимке Б внизу хорошо виден принудительно организованный всплеск тока. Всплеск тока организован кратковременным увеличением тока катода. С задержкой Т,3 = 60 не после возбуждения разряда на вспомогательный электрод, расположенный на расстоянии 0,1 мм от вершины катода, через сопротивление 800 Ом подан положительный импульс напряжения амплитудой 30 кВ, длительностью 50 не. Снимок В соответствует t = 200 не. Снимок Г - через t = 60 не на вспомогательный электрод подано два импульса длительностью по 50 не с интервалом между ними 100 НС. Снимок Д - tg = 50 не, на вспомогательный электрод подано три импульса напряжения длительностью по 50 не с интервалом между ними 100 не. Снеток Е - t =.200 не, длительность вспомогательного импульса 200 не. К -через 50 не после возбуждения разряда тек уменьшен на время 50 не.

0,4 0,8 1,2 '.6t, икс

-35

40 80 120 t ,нс !б

0,4 0,8 1,2 1,6

НзоЬ ir.

К150

П-Г-I-I-|-I S I »-I-г——

0,4 0,8 1,2 1,6 t, икс

1 1Д

-150

0,4 0,8 1,2 1.6 t, нке

•300 е 150*

0,4 0,8 1,2 1,6 t, икс

0,1 0,2 0,3 0,4t, икс

относительно начала разряда - более ранний "отклик", двум вспомогательным импульсам - два "отклика". Увеличение амплитуды вспомогательного импульса сопровождается увеличением амплитуды "отклика" вплоть до предельного значения, определяемого сопротивлением и напряжением генератора импульсов.

На рис.22 представлены осциллограммы тока разряда также по-" лученные в условиях, когда рост тока разряда происходит, как правило, монотонно, без особенностей. В таких условиях к промежутку прилагалась последовательность из двух импульсов напряжения одинаковой амплитуда, в интервале между которым;! схема генератора позволяла поддерживать, желаемый уровень напряжения.

При отсутствии напряжения между высоковольтными импульсами с приходом на промежуток второго высоковольтного импульса ток разряда резко нарастает и превышает уровень тока, достигаемый к соответствующему моменту времени в случае непрерывного роста тока разряда (рис.22,0). При неполном снятии напряжения в период паузы между импульсами разряд в промежутке не обрывается, ко уменьшается величина тока разряда. Привлекает. внимание явно выраженная особенность - с поступлением на промежуток второго высоковольтно-' го импульса ток возрастает первоначально лишь до уроЕня, соответствующего достигаемому в случае непрерывного разряда. Аномальное увеличение тока разряда следует тем позднее, чём больше уровень напряжения был приложен к промежутку во время интервала между высоковольтными импульсами. Таким образом,, реакция разрядного промежутка на увеличение или укеньсенпе тока катода одинакова, различна только задержка реакции.

В естественных условиях во время первой же случайной флуктуации, тока у катода зарождается возмущение, которое вызовет новый, уже не случайный 'всплеск тока разряда. На рис.23 представлена зависимость = Г(г1_)), построенная с использованием двухсот осциллограмм тока разряда. Стоит привести и такой факт. При последовательном включении двух разрядных промежутков самопроизвольные всплесга тока разряда отсутствуют из-за того, что формирование всплеска тока в любом из промежутков всегда демпфируется ростом сопротивления другого.

Всплеск тока разряда возникает на время трансформации диодного-разрядного промежутка в триодный.. Триодный промежуток образуется при возникновении разрыва в плазме и приобретении оторвавшимся сгустком плазмы положительного потенциала. На рис.24 показаны осциллограммы сигналов плавающего зонда и синхронные осцпл-

100 ' 200

Рис.22. Осциллограммы тока'разряда в промежутке между острийным катодом и плоским .анодом при ио = 25 кВ, (1 = 6 мм. Через 50 не после возбуждения разряда амплитуду напряжется можно было уменьшать вплоть до нуля на время 50 не, после чего восстанавливался прежний уровень напряжения, а - непрерывный импульс напряжения, б - промежуточное напряжение и = о. в - и =3

ггр пр

кВ. г - и^ = 6 кВ. Видно, что пос-. ле восстановления напряжения источника питания до прежнего' уровня формируется всплеск тока разряда.

Рис.23. В промежутке с острийным катодом и плоским анодом (и0 = 30 кВ, а = 10 мм) длительность высоковольтной стад1П1 составляет ~ 1 мке, на осциллограммах тока наблюдается большое количество всплесков. Осциллограмма с, казалось бы, случайно разбросанными моментами возникновения всплесков тока разряда в действительности содержат не одну, а две-три серии всплесков, подчиняющихся зависимости

Л=УвЧ-1/(7в - V- 7э - ск°-

рость движения эмиссионной границы, ув - скорость распространения возмущения в плазме , вызванного предыдущим всплеском тока.

^.нс 1000

800

600

400

200

200

400 г

1-1

,нс

лограммы тока разряда. Самоорганизующиеся всплески тока лишь случайно могут совпасть по времени с моментом вхождения зонда в плазму. Но именно такие совпадения сопровождаются всплесками потенциала зонда. Намного легче зарегистрировать повышение потенциала плазмы после кратковременного прерывания тока разряда. В этом случае повышается потенциал катодной плазмы в целом (повышается катодное падение потенциала), поэтому достаточно лишь, чтобы на момент возобновления разряда зонд находился в заполненной катодной плазмой области промежутка. Повышение потенциала катодной плазмы после кратковременного прерывания тока начинается немедленно с возобновлением разряда (рис.24,е). Возобновление роста тока разряда после кратковременного спада (но не прерывания) сопровождается расслоением (разрывом) катодной плазмы. Примыкающая к катоду внутренняя часть плазмы (ядро) не испытывает изменений потенциала, заметно отличающихся от обычных флуктуаций' катодного падения. Внешняя часть катодной плазмы (оболочка) предрасположена к резкому всплеску потенциала. Амплитуда всплеска может составлять величину, сопоставимую с полным приложенным к разрядному промежутку напряжением. Момент возникновения разрыва отстает от' момента возобновления роста тока разряда. Задержка между этими событиями и радиус ядра катодной плазмы возрастают с уменьшением амплитуды спада тока разряда.

Последовательность даже из двух импульоов.позволяет исследовать процессы, скрытые от наблюдения при. непрерывном разряде. Если, например, радиус Еершины острийного катода г0 около 1 мкм,. то в (10 - 15) первых включениях разряда с интервалом не более 30 с скорость роста и амплитуда тока повторного импульса устойчиво снижаются от включения к включению, после чего изменения прекращаются. Число включений разряда, при котором происходит направленное изменение параметров повторного импульса тока'тем меньше, чем больше угол а при вершине острийного катода. В случае г0 £ 10 мкм направленного изменения тока повторного импульса не наблюдается при всех а. С ростом времени между последовательными включениями разряда от 30 до 240 с независимо от а и г0 растет амплитуда тока повторного импульса. Ток первого импульса во всех случаях остается неизменным от включения к включению. Еще пример. Осциллограмма рис.25 иллюстрирует изменение, поведения тока во втором импульсе, обусловленное процессами, призошедшими во время первого импульса и в интервале между импульсами. Здесь к промежутку приложено два одинаковых импульса напряжения. Во время первого им-

Рис. 24. Осциллограммы потенциала плавающего зонда У3 и тока разряда 1р в промежутке с острпй-ным катодом, вершина которого размещена в центре полусферического анода радиусом 2,5 см, при различных расстояниях зонд - катод 13_к. Сопротивление шунта в цепи катода = 13,4 (а, б) и 0,55 См (в - е).

а - при извлзчэнног.г пз промежутка катоде и 0о > 15 кВ с зонда наблюдается эмиссия со спадающим ео времени током 13. Амплитуда тока в диапазоне 15 кВ < ио < 30 кВ изменяется от 1 до 20 мА и не зависит от расстояния зонд-аЕод.

б - калибровка зонда измерением искусственно гшызешого . потенциала плазмы. Зонд расположен Еблизи вершины катода. Точка перегиба осциллограммы Ид - момент вхоздения зонда в катодную плазму. С этого момента 03 =

в - всплеск 1р произошел через 50 не после погружения зонда в плазму.

г, д - всшгеск 1р совпадает с моментом вхоадеЕИЯ зонда в плазму.

е - к промежутку приложена последовательность из двух импульсов напряжения. ио = 23 кВ, г, = 400 не, ь2 = 1,2 мке, I = 300 не.

- ЗТ -

Рис. 25. Осциллограмма тока разряда в промежутке острие-плоскость при

_______________последовательной подаче на промежуток

и'^рШЩЩЩШШШт^ импульсов напряжения и0 = 25 кВ, й ¿¿¿¿¿¿¡¿^ = 6 мм, г, = = 70 не, 1: = 200 НС.

пр

пульса ток разряда едва различим, а во время второго - уже нз фронте импульса достигает предельного значения, определяемого волновым сопротивлением генератора и величиной зарядного напряжения. С уменьшением длительности первого импульса скорость роста и амплитуда тока повторного импульса снижаются, а при Ц = 10 не влияние первого импульса на поведение позторного импульса становится незаметным. Ток повторного импульса слабо уменьшается с ростом межэлектродного зазора, но при этом резко снижается ток первого импульса. Рост амплитуды импульсов напряжения сопровожда-

ется ростом амплитуд как первого 1р1, так и пульсов тока.

На рис.26 приведены зависимости I,

тлглтз ^ у^ ^^ ^

повторного 1р2

•рг/гр1'

построенные по ус-

тановившимся значениям токов и В течение первых несколь-

Рнс.26.Изменение отно-шеш!я а?<ЕЛИтуды тока второго импульса I 2 к-току первого импульса 1р1 с изменением

интервала гпр'

между импульсами

1р2/1р1

ких десятков наносекунд с ростом ся. Однако, при одних условиях уменьшение 1рг/1р1

отношение

.тр _ рс. р

ень'лает-с ростом ^

продолжается вплоть до (1р2/1р1) = 1 и повторный разряд развивается так, как если бы предыдущего разряда не было (кривая 1), а при других - с ростом отношение 1р2/1р1 уменьшаться перестает и начинает расти (кривая 2). Такой ход зависимости (1р2/1р1) = П1: ) обязателен для условий, при которых уже в течение первого импульса на аноде образуется эрозионный след.

2.2. Минимальный ток разряда.

Понижая амплитуду второй ступени изшульса напряжения, достигаем таких ее значений, при которых с окончанием первой ступени импульса, ток разряда обрывается. Наименьшая величина напряжения холостого хода генератора второй ступени импульсов и^г"' Е0О£52О~ димая для поддержания разряда, зависит от длительности первой ступени . Серия осциллограмм тока разряда для одного из сочетаний и ^ приведена на рис.27. При неизменных контролируемых условиях следующие друг за другом разряды развиваются но однотипно - некоторые разряды обрываются вместе с окончанием высоковольтной ступени импульса (рис.27,а), некоторые - поело более иди менее продолжительного протекания тока в низковольтной ступени импульса, причем, как правило, тем более продолгитэльЕЗГО, чем больше величина тока разряда в этой ступени (рис.27,б). Едэ один вариант сбычен - после спада, обусловленного умзньшзайм напряжз-ния, рост тока возобновляется и продолжается вплоть до ограничения сопротивлением внешней цепи (рис.27,в). Езобратгкому нарастанию предшествует скачкообразное увеличение тока в 1,5 - 2 раза, вызванное образованием анодной плазмы. Наконец, на рис.27,г представлена осциллограмма еще одного варианта развития разряда. Здесь разряд в низковольтной ступени импульса самопроизвольно обрывается и самопроизвольно же возобновляется. Величина тока с возобновлением разряда быстро достигает значений в 2 - 3 раза больших, чем к соответствующему моменту вр-змзки прз кзпрзрывнем разряде. Обрыв тока в высоковольтной стадии разряда когно наблюдать не только с помощью ступенчатого кипудьез. Высоковольтная ступень в представленных экспериментах необходима только для возбуждения разряда. Обрыв тока можно получить и при инициировании разряда от вспомогательная поджигающей искры, с другими материалами катода (рис27,д-л). Важно, что минимальные тока в разрядных промежутках с катодами н.з различных материалов не одинаковы. Ока хорошо корродируют с известными значениями пороговых токов дуговых разрядов з прег/зжутках с катодам из соответстзущих материалов.

Рис.27. При ступенчатом уменьшении! ио время коммутации промежутка заметно возрастает, а началу необратимого роста тока предшествует поддержание тока на относительно постоянном уровне. Обрыв тока происходит именно в этой стадии за время порядка Ю-8 с. При одном и том же токе время до обрыва тока зависит от материала катоде, не зависит от и02. А - Г - Си-катод, г, = Ю-7 с, Д - Я - Ш-катод, г, = 3•10-7 с. Все осциллограммы (А - Ж) получены при ио1 = 35 кВ, и02 = 600 В, ¿1 = 2 см, диаметр анода = 5 см. Осциллограммы 3 - Л - С-катод, Возбуждение разряда осуществлялось поджигающим электродом при подаче на него положительного импульса напряжения амплитудой ип = 30 кВ, длительностью г = 50 не. К основному промежутку приложено постоянное напряжение от конденсатора емкостью С = 1 мкФ, заряженного до ис = 10 кВ. Ток подккга 1Д = 3 А, й. = 6 см, й = 3 см.

и

1р.А 10

10

10

10

20 40 60 1,нс В

20_ 40 ' ¿0 ' г|нс

в у

20 40 60 1.ЛС Г

20^ 40 60 1,ес

д

0,2-0,4 0,6^ икс.

/^Е \

о.2^о,4 о,ах, икс 2

0,2 3 0,4 0,6 4, цко

0,2 ^ 0,< ' 6*,6 ' «.,'

0,2 0,4 0,6

Д-_л

0,2 . 0,4 0,6 1,тс

Каждый разряд характеризуется набором собствешшх, только ему присущих, контролируемых и неконтролируемых условий. Преобладание контролируемых условий гарантирует воспроизводимость и предсказуемость соответствующего варианта развития разряда. Именно такому случав соответствуют высеизлокенные результаты для последовательности из двух высоковольтных импульсов с нулевым уровнем напряжения (I) = 0) во время паузы между импульсами Неконтролируемые условия являются производными от контролируемых, поэтому с изменением одних изменяются и другие, а также соотношение между ними. Переход от преобладания контролируемых.условий к преобладанию неконтролируемых, о затем обратно, наглядно иллюс-

трирует рис.23. Здесь показано изменение дисперсии S тока 1р2

изменением напряжения U . Зависимость S'

(Ujjp) имеет

ярко Еыра-

женный максимум. Для набора контролируемых условия рис.28 момент

U »»100D

Рис.28. Пауза тока точно задана интервалом между импульсами г . Изменения 1р2/1р1 обусловлены изменениями 1р2. Если во время 1; к промежутку приложено небольшое напряжение и , амплитуда тока 1р, в некотором диапазоне и^ от разряда к разряду изменяется какого в более широких пределах, чем ееш 63 °пр ОЫЛО Равкым Н3 рясуасе показано изменение дисперсйй 1р2

„ „с изменением и_ для поокезутка £300^™,В пр ~ - '

"Р острие-плоскость прз <1*4 мм

*пр = 80 нс' не, Un = 15 кЗ.

= 20 не, t2 з

окончания первого высоковольтного импульса и иомент обрыва тока разряда при напряжениях U^ = 100 - £00 В не бсэтдз совпадают. Теперь момент обрыва определяет гашимальнкЗ ток разрда (рис.27). Пауза тока становится меньше t^ и нввоспроязводаноЗ от разряда к разряду. Нестабильность паузы тока является причиной нестабильности тока 1р2 '(рис.26). С ростом ü^ время до обрыва тока разряда в среднем увеличивается. Увеличивается также число разрядов баз паузы тока. При U^ > 500 В пауза тока отсутствует, и о приходом на разрядный промежуток второго высоковольтного импульса происходит не повторное возбуждение, а форсирование уже функционирующего разряда. Еновь преобладают контролируемые условия, возрастает воспроизводимость повторного импульса тока разряда.

В промежутке с многсострийкым катодом зависимость, подобная представленной на рис.28, не наблюдается. С ростом 0 , как и в промежутке с одиночным острием, растет ток 1р2, но стабильность 1р2 заметно не изменяется. Стабилизация I 2 осуществляется авто-:sa"пяесюгл изменением количества эмиттеров, сохраняющих активность к моменту поступления на промежуток второго высоковольтного импульса'.

2.3. Состав катодной плазмы.

В промежутке, схематически показанном на рис.29, исследован мвсс-зарядовый состав плазмы разряда. Первые включения разряда сопровождаются пробоями промежутка анод 4 - коллектор 5. Пробои обусловлены потоком газа с коллектора, но теперь из-за ионно-стимулированной десорбции. Величина 7^ зависит от энергии ионов и в диапазоне энергий ионов Е^ = (25 - 75) кВ изменяется от 13 до 52 мол./кон.

Рис.29. Схема устройства для исследования масс-зарядового состава плазмы разряда. 1 - катод; 2 - изолятор; 3 - поджигающий электрод; 4 - полый анод; 5 - коллектор ионов; 6 - источник питания разряда; 7 - схема формирования поджигающего импульса; 8 -схема управления; ПР - пояс Роговского; Е,, - делитель напряжения; Ящ - шунт.

Если заметных различий в величине тока дугового разряда со временем не наблюдается, то при любых материалах катода токи коллектора ионов со временем уменьшаются. Отметим также, что изменения коллекторного тока следуют за изменениями тока дугового разряда с некоторым отставанием. Это явление аналогично рассмотренному ранее в случае отбора из плазмы электронного тока. Но при отборе из плазмы конов нет обратной связи между величиной отбираемого тока и поступлением плазмы с катода. Поэтому увеличение ионного тока не влечет за собой "отклика", а регулярность во флуктуациях ионного тока не обнаруживается. На растущем токе дугового разряда отставание изменений коллекторного тока от изменений тока дугового разряда больше, чем на падающем.

Часть потока ионов из ускоряющего промежутка через отверстие в коллекторе (рис.29) попадает в масс-анализатор Тсмсона. Обра-

4

5

8

боткз масс-спектрограмм ионных пучков, извлекаемых из плазмы разрядов с различными катодами показала, что пучок главным образом состоит из ионов материала катода. В составе пучка присутствует также' заметное количество ионов - продуктов диссоциации и ионизации компонент остаточной атмосферы, продуктов плазмохимичзских реакций. Наиболее экзотические по составу пучки ионов получены с катодами из Щ, Т1, Си, Ие. Состав и содержание компонент различных элементоз в плазме разрядов с этими катодами представлены в табл. 1.

Таблица 1.

катод\пучок, % Мв Т1 си Не Н Н2 ОТ4 64 - 464ае

Щ 72 9 - - 1.6 4 5 8,4

Т1 - 81 - - 1.3 2,5 4,6 10,7

Си - - 79 - 1,4 1 4,3 14,3

Не - - - 67 1,5 3 5 23,5

Относительное содержание ионов материла катода о той или иной кратностью заряда в плазме, разряда приведено в табл. 2.

Таблица 2.

% ионов с

ка- кратностью заряда:

тод +1 +2 +3 +4

С .92 8 - -

щ 55 45 - -

34 58 6 2

Си 39 43 14 4

Ио 12 '65 16 7

и 10 69 14 8

Не 35 40 20 5

РЬ 85 12 3 -

83 ' 16 1 -

Сг 19 63 12 6

Сй 95 5 - -

Для упорядочения результатов оценки состава плазмы и относи тельного содержания компонент необходам количественный признак, с одной стороны, достаточно определенно характеризующий именно данный материал, а, с. другой стороны, достаточно жестко коррелирую-

щей с содержанием ионов данной краткости заряда в плазме разряда.

Среди характеристик материала катода, которые могли бы служить основой для ранжирования, предпочтение следует отдать характеристикам, связывающим материал катода с характеристиками разряда. В данном конкретном случае - с характеристиками дугового разряда. Важнейшими характеристиками дугового разряда являются пороговый ток материала катода 10 к катодное падение напряжения и . Катодное падение напряжения, хотя и различно для дуговых разрядов с различными материалами катодов, все же характеризует переходный слой металл - плазма, а не сам металл. По этой причине обнаружить связь и^, с содержанием в плазме разряда ионов с опре-. деленной кратностью заряда не удалось. Иное дело пороговый ток материала катода.

Связь содержания ионов данной кратности заряда с I хорошо видна из рис.30. Значения 10 заимствованы из обстоятельной работы

Рис.30. Относительное содержание одно- а двухза-рядкых ионов в составе плазмы квазистационарного разряда в промежутках с различными величинами пороговых токов катодов.

Ш 60 40 20

%

60 40 20

ССЛКв РЬ

ИВ

С<1/

КЪ Та V/

/77"

.1___i____

0,0

Хб ' 2,4

л^ ППЧггСиГе'-'Га

¿¿-гп ¡п по

Т++

РЬ

0,0

1,6

2.4 10,А

И.Г.Кесаева 14), детально изучавшего катодные процессы в дуговом разряде и, ь том числе, измерившего пороговые токи для большого количества материалов. Зависимость, показанная нз рис.30, построена для материалов с известными значениями 10, состав плазмы разряда которых исследован нами. Общий еызод из проделанного анализа

сводится к тому, что с ростом 10 содержание киогсзарядшх еоеоз в плазме разряда возрастает, а содержание однозарядках ионоз, "соответственно, укэньпаэтся.

В табл.3 для некоторых из изучавшихся кеглю зттщгоншгх катодов представлены результата определения относительного содержания входящих в состав пучка ионов.

Таблица 3.

катод относительнее содертшкэ попоз в пучке

РЬ903+Т1103 РЬ+1 4,95 РЪ+г 18,9% т1+1 42,42 Т1+2 26,73 спГ 5,53 730ззм 1,63

РЬ50Х+Си50% рЬ+1+2 31,72 Си+1 28,9% Си+г 19,32 Си+3 12,13 снГ 8,85

сибог+сзог+рыож РЬ+1+2 39,12 Си+1 35,72 Си+г 11,9% С+1 3 сн;5 3,53

Си90Ж+Мо103 Ко+1 2,73 "о+г 30,75 Ыо+3 15,43 Си+1 16,15 < 8,93 са,!:оо*1 26,2*

Проанализируем данные о содержания понов в шгазтз катода РЬЭОЗ + Т1ЮЗ. Из таблица видам, что прп содержании в ксьягогпцз-онном катода всего 103 ТГ нзвлэкгэгдгй из плазмы разряда пучок конов почта на 70% состоит из панов Т1. Сравним соотношение одно- л двухзарядных ионов Т1 в плазме коиюзециоепого катода с содержанием этих жэ .ионоз з одноэлементном Т1 катоде (таблица 2). Вадим, что в композиционном катоде'однозарядных ионов 51 з полтора раза больше, чем двухзарядных ионоз 'Т1. В одноэлементном Т1 катоде однозарядных ионов-Т1 почти в полтора раза кэньеэ, чем двухзарядных. Привлекает внимание еще одно обстоятельство. Сукмарноа содержат» ионов РЪ в плазме еэ достигает я 302, хотя катод п состоит на 90% из РЪ. На каждая однозарядный ион Р'о з плазме кот.тпо-зициокного катода приходится почта четыре двухзарядных попа. Одноэлементный же катод из РЬ поставляет в плазму разряда более чем на восемь однозарядных ионов лишь один двухзарядный. Подобная метаморфоза с изменением содержания в плазмэ разряда одно- и многозарядных ионов происходит всегда при объединении компонент с различающимися величинами минимальных токов в одном композиционном катоде. Приведенные в таблицах 2, 3 данные позволяют продолжить анализ и убедиться в общности (или, по крайней мерз, не в исклзь

чительности) обнаруженной закономерности. 2.4. Эрозия катода.

Ка рис.31 представлены фотографии поверхностей катодов после двухчасовой работы с частотой включения разряда 2 Гц. Одноэлементные катоды представлены фотографиями РЬ и Си катодов, а ком-

Рис.31. Фотографии катодов из РЬ (снимок А), Си (снимок В), РЬ 90% + Си 10% (сшжок Б).

позиционный - фотографией Pb90S ч СиЮЯ катода. Характер эрозии одноэлементных катодов на макроуровне не различим. Но именно макроуровень и позволяет наглядно проиллюстрировать, насколько велик может быть эффект небольшой добавки к одноэлементному катоду другого элемента. В данном случае, как и в случае рассматриваемого ранее PbSQS + 111 OS. катода, основной компонентой является РЬ. Вторая компонента - Си - по величине минимального тока I близка второй компоненте - Т1 - предшествующего катода. Содержание РЬ в обоих катодах одинаково, содержание Т1 б предшествующем катоде' равно содержании Си в рассматриваемом катоде. Это дает уверенность в том, что и процентное содержание ионов материалов композиционного катода с различной зарядностью, в том' числе и многозарядных, для обоих рассматриваемых катодов будет близко. Из фотографий видим, что эмиссия плазмы РЬ и Си катодами происходила одинаково "спокойно" к стала намного более "бурной" после смешения этих материалов.

Интенсивная эрозия свидетельствует о тем, что в области эмиссии плазма композиционным катодом температура и давление были более высокими, чем при разряде, по крайней мере, с РЬ катодом. Этот же вывод мокко сделать и из анализа изменения содержания ионов с различной кратностью заряда в плазме однокомпонентных катодов после образования из соответствующих .компонент композиционного катода.

На рис.32 приведены фотографии острийных катодов из Ni, Al,

Мо после воздействия импульсов тока разряда. Параметры 1)0 и й для острий из N1 и А1 исключали появление следов эрозии анода за вре-

Рис.32. Эрозия сструйных катодов, подвершихся воздействию импульсов тока разряда. А - N1, Б - А1, В - Мо. Масштаб - 10 мкм/деление.

мя гр. Для острия из Ко параметры ио, йи ^ достаточны для образования следа эрозии на аноде. Из рисунка видно, что при отсутствии эрозии анода прохождение тока через сстрийкый катод сопровождается заметным расходом вещества катода. Судя по оплавлению А1 острия, температура металла в десятках микрон от вершины острия повышается до сотен градусов. Фотографии молибденового острия иллюстрируют изменение баланса между расходом вещества катода и осаждением на поверхность катода продуктов эрозии анода с ростом радиуса Еерщивы острия г0. С каждым включением разряда из-за эрозии катода г0 увеличивается. Если набор ио, <1 и 1р исключает разрушение поверхности анода, расход массы М' вещества острийного катода за одно включение разряда с ростом Н уменьшается (рис.33). Эта закономерность устойчиво воспроизводится при

МАЫЙЙЁ

цл и.

М-108, щЮ*. см

О 200

100 <00 1603

10

1 т/па. 1 г.

[ 1 М -1 "Ч/ •

1 ,

1 ' Г

.! ,

Рис.33. Зависимости Н(К), г0(Н), М'(П), М'(г0) для острия из Си. Масштаб 10 мкм/деление.

1000

2000

ЗJJ-•

8 7

6

5 4

3

2

ЗП>Г0

А / »

4 плотдкд V \

и) г0,ика

любых вариациях парамзтров кмпульооз напряжения, геометрии промэ-зхутка, материала катода.

По фотографиям подвэрплихся воздействию разряда острийныт катодов можно заключить, что ток из металла катода в катодную плазму поступает через ограниченную эмиссионную площадку. Соотно-ваше радиуса эмиссионной площадки го„ и радиуса г0 определяет соотноЕзние поверхностной плотности тока катода и объемной плотности тока в толе катода 5К- Пока г0 < гвп расходуемая за одно включение разряда масса £Г вещества катода зависит от N. Величина г0, при которой Ы' становится постоянной для всех исследованных катодов оказалась разной (8-12) мил. В области г0 > 10 мкм для исследованных материалов катодоз удельная эрозия возрастает в последовательности: Си (г < 5-Ю-5 г/Кл), А1 (к < 3,6-Ю~л г/Кл), Ыо (ас < 4• 10-4 г/Кл), N1 (г < 4,8-Ю""1 г/Кл) и по порядку величии совпадает с известными данными об удельной эрозии катодов в дуговой разряде [41.

3. Взаимодействия в разряде с катодной к анодной плазмами.

Управляемость разряда.

В глазе показано, что изменение расстояния между вершинами острий приводит к изменению тока разряда и структуры эрозионного следа на анодэ.Структура эрозионного следа не зависит от структура материала анода. Определен диапазон условий в пределах которого изменяется структура эрозионного следа. Эмиттеры из разнородных материалов в общем разрядном промежутке вносят различный вклад в рост тока разряда в процессе коммутации. При этом существенно общей ш нет является катодная плазма для обоих змитте-роз. Для эмиттеров пз одинаковых материалов важно, на каком расстоянии! от анода они расположены. Продемонстрировано возбуждение новых очагов эмиссии на поверхности катода б окрестности функцио-гпгрупдэго эмиссионного центра. Возбуждение новых очагов эмиссии обусловлено взаимодействием плазмы с поверхностью катода. Эффек-■пошость взаимодействия, завершающегося возбуждением новых эмиссионных центров, снижается с удалением от действующего эмиссионного центра. Исследована деионизацик катодной плазма на поверхности катода. Эффективность деионизации плазмы растет с увеличеш:ем площади взаимодействия. По результатам эксперимента оценена значимость процессов, обеспэчт.гзз;жз!х тареход разряда из высоковольтного в низковольтное состояние, установлен вид ВАХ разряда, предложена модель коммутации разрядного промежутка.

3.1. ПрОЯВЛЭНГ.Э ЕЗаЕЮДОЙС-ПИЙ.

Сближение вершин гмиттероз вводят в действие кшгэ каналы взаимовлияния, и это взаимовлияние икает нэсколько проявлений. Два пз них отображены на рис.34. Видан, что со' сближенном вэршпн эггиттеров уменьшается ток разряда, изменяется структура пото:-а электронов, отображающаяся з эрозии повзрхнсстя анода.

,Средл фотографий эрозионных следов обращает на себя Енпгавгэ снимок рис.34, Б. Неоднородность эрозии поверхностз анода, проявляющаяся в Еиде мазков, не связана с неоднородностью структур! материала анода. Мазка обнаруживаются в проделах одгого горна, а также на нескольких зернах. Один п тот же мазок, еэ изменяя фзр^г и размеров, может располагаться на гранях нескольких зерен одновременно. Границы зерен и царапины выделяются больпиа разрусени-ями, чем остальная поверхность анода. В промежутке с одаЕочшм острийным катодом мазки в структуре эрозионного следа отсутствуют.

Условием образования мазка является соблюдение отнесения расстояния между вершинага зг.сттероз 1 к мзжэлзктродкеку расстоянию й в пределах 0,5 < (1/1) < 1,8. 3 случае (1/1) < 0,5 эрозионный след елеет вид аналогичный показанному па рис.34,Д з еэ отличим от эрозионного следа, сбразу^егося при разряде з прс:.'.ззутке с одиночны;,! острийным эмиттером (са.рзс.2). Если ЖЭ (1/(1) > 1,8, эрозионный след содержит два Еезависплах .следа, нэ обпаруг^вагезг признаков взаимодействия с-гшттероз' (рис.34,В). Цри соблэдепиз условия образования мазок устойчиво возникает прз каждом вклаченгп разряда. Взаимовлияниэ змнттароз еэ прекращается в тэчевге всего времени совместного функционирования.

Взаимовлияние процессов функционирования эггиттеров обзаругл-вается также при раздельном осциллогра(|^розанпя токов вмпттероз (рис.35). Капал взаимовлияния - Енесняя цепь. Промежуток образован катодом из двух разнородных эшттеров, отстоящих на 1 гга от анода и на 10 мм друг от друга. Пары осциллограф,! А и Б отличаются условиями разряда. Осциллограмм! А получены при приложении к промежутку гапульса напряжения амплитудой ио = 25 кВ, осциллограммы Б - при ио = 15 кВ. Амплитуда импульса в 25 кВ достаточна для возбуждения разряда и с Си, и с С острий уже на фронте импульса, но на момент завершения импульса напряжения ток разряда протекает только между Си острием и анодом. Ток С острия поело непродолжительного роста медленно угасает вплоть до обрыва. С по-, нижением- амплитуды импульса напряжения до 15 кВ возбуждение. раз-

Рпс.34. Схема промежутка с катодом из двух острий, зависимость отношения тока, достигаемого в промежутке с катодом из двух острий на пятой наносекунде разряда 12, к току в промежутке с одиночным острий-ным катодом 11 для соответствущего момента времени от расстояния между вершинами острий 1, картины следов эрозии на аноде после разряда, оборванного на (8 - 10) не с момента начала роста тока, й = 0,35 мм, и0 = 35 кВ, 0,1 < 1 < 1,0 км.

V4

300 ■ 200 • 100 •

50 [. ,

1ри а/

Рис.35. Осциллограммы токов отдельных эмиттеров, образуыдих-обзкй катод. с1 = 1 мм;

1;,пс'

.1 - Си, 2-С

■ А - 1 = 10 мм; 0е3 II

Б - 1 = 10 км; и0 =

В - 1 = 0,1км; °о =

«I А' - 1 = 0,1км; и6 =

ряда с Си острия на фрснте импульса напряжения не наблюдается, но не исключается возможность возбуждения разряда с С острия. И в этом случав в течение всего времени существования напряжения на промежутке ток разряда обеспечивается только С острием.

Другой канал взаимовлияния процессов функционирования эмиттеров проиллюстрирован парами осциллограмм В, Г. Канал взаимодействия эмиттеров - общая катодная плазма. Конечно, при этом и через внешнюю цепь взаимовлияние сохраняется. Общая катодная плазма в качестве канала взаимодействия эмиттеров появляется благодаря сближению верщин эмиттеров до 0,1 км. Расстояние от вершин эмиттеров до анода, как и в предыдущем примере, равно 1 мм. При этих расстояниях возникновение на вершине одного из острий плазмы приводит к тому, что Берлина второго острия за время, .много меньшее необходимого для пересечения плазмой промежутка анод-катод, оказывается погруженной в эту плазму. Из осциллограмм В, Г отчетливо видно, что при амплитуде имцульса напряжения И0 = 15 кВ (пара осциллограмм В) и при И0 = 25 кВ (пара осциллограмм Г) разряд возбуждается между С острием и анодом. Затем плазма С острия стимулирует эмиссию с Си острия. Так как (1/4) 0.1, .то согласно рис.34 увеличение тока вновь включенного эмиттера может произойти только за счет уменьшения тока уже работающего эмиттера. Ва включением Си острия следует спад эмиссии С острием вплоть до полного обрыва тока. .

Токи острий, у которых начальная скорость роста тока мзпьсэ, с некоторого момента перестают расти и остаются вблизи достигнутого урошя до конца разряда. Ток достигает тем большего значения и тем позднее, чем выше начальная скорость роста тока. Аналогичные варианты взаимовлияния по каналам внешней цеш и через общую плазму наблюдались при разрядах в промежутках с двухострийЕЫМи катодами из большого количества материалов и их сочетаний: Си, Но, А1, А&, N1, 1п, са.

Возбуздение еоеых очагов эмиссии является одним из результатов взаимодействия плазмы с поверхностью катода. Эффективность взаимодействия зависит от параметров плазмы, а также от материала и состояния поверхности катода. Связь задержки возбуждения эмиссии, симулированной плазмой, с параметрами промежутка иллюстрирует рис.35. Время запаздывания Т3 содержит две компоненты - запаздывание начала взаимодействия плазмы с поверхностью катода, определяемое временем распространения плазмы от поверхности ос-триЯного- катода до поверхности стержневого катода, и запаздава-

Рис.36. Зависимость времени Т3 кегду моментом приложения напряжения и начало?« ягасспк с отполированного стержневого катода диаметром 2 , удаленного на расстояние 1 от веришн острийного катода. 4 - расстояние от анода до поверхности какого ез катодов. й3' 1 - 1=0,25 и;, <1=0,38 ид

2 - 1=0,29 (СЛ. (1=0,37 ид

3 - 1=0,35 км, «1=0,91 мм

з «а

Рис.37 Схема устройства для изучения деионизадии плазмы. 1 -■ катод 2 - подаигашкй электрод, 3

--^ - деионизукспе трубки, 4 - сетка,

*т* к осц 5 _ коллектор, 6 - анод._ Размер чГ!?*""

I,, 10 ячейки сетки (0,5x0,5) ю.г

Рис.38. Зависимость тока т ут т /я ю3А/са?-

_ с -________,„_„„ ____ ТГ Т» 'ТУ^ОП'.

коллектора 5-от потенциала кол-доктора 0 п от диаметра.отвер-стия.<!___* в стенке катодного

отв II О

электрода источника элэктронов, показанного на предыдущем рисун- п 6 кз. а - деионизупцие трубки • отсутствуют. 1..0 - ток коллектора 0>4 в отсутствие трубки, б - двконп-зующие трубки установлены. - о,2 ток коллектора, проходящий сквозь трубку, 1 - длина, <1^ диаметр трубки.

ние, определяемое собственно взаимодействием плазмы с поверхностью, в результате которого на поверхности катода возникает очаг эмиссии.

Другим результатом взаимодействия плазмы с поверхностью катода является деионизация плазмы. При этом один из взаимодействующих объектов - плазма - прекращает существование. На рис.37 показана схема источника электронов на основе высоковольтной стадии разряда. Основной разряд (разряд мезду катодом 1 и анодом 6) возбуждался с помощью вспомогательного разряда между катодом 1 и поджигающим электродом 2. Катодная плазма заполняет полость, катодного электрода и стабилизируется сеткой 4 в плоскости отверстия з катодном электроде.

Зависимость тока коллектора 5 от потенциала коллектора и о? диаметра отверстия <10тв в стеше катодного электрода показана на рис. 38,а. Видно, что при положительных и отрицательных потенциалах токи коллектора по порядку величины близки. Крота того, из этого же рисунка следует, что с ростом <1отв плотность тока, . извлекаемого через отверстие на коллектор, увеличивается. Такой характер зависимости 1к0/5отв является следствием того, что центральная часть отверстия для потока плазмы находится в "тени" ос-трийного катода, плазменный поток не огибает преграду. Если г.езду отверстием в полости катодного электрода и коллектором 5 установлена трубка 3, конец которой, обращенный к коллектору 5, также закрыт соткой 4 для предотвращения провисания потенциала коллектора внутрь трубки, то ток 1к, отбираемый на коллектор, зависит от отноиения длины 1 к диаметру <1^ трубки дрейфа и не зависит от материала трубки. Наличие такой зависимости 1^1/(1^) свидетельствует об эффективной деионизации плазмы при взаимодействии со стенками.

3.2. Управление состоянием разряда с помощью организованных взаимодействий.

Устойчивые и неустойчивые, высоковольтные и низковольтные, квазистационарное и нестационарное состояния разряда могут быть организованы. При любом состоянии разряда межэлектродный промежуток частично или целиком заполнен плазмой. В частично заполненном промежутке возможно наличие только катодной, только анодной или катодной и анодной плазм, разделенных вакуумным промежутком. Для организации желаемого состояния разряда необходимо гарантировать определенный комплекс условий. Формализованные приемы решения та-

иол задача на сэгодзя отсутствузг. Шла перечислена некоторое из Еопросоз, подлежащих обязательного рассмотрении при анализе- воз-когзоств реализации конкретного состояния разряда. В результате (З&'нкцЕошфования разряда или за счет пвжэкщш sbtohohehm источником происходит заполнение промежутка плазмой (или образование плазка в прсмоцутке)? До начала кхл на любой стадии разряда плазма пли плазмообразупцая среда могут быть инжектированы в промежуток? Свободно иди ограничено стенками электродов распространение шазка поперек промежутка? Параметры плазыы ели параметры внешней цепа ограничивает величину тока разряда? Импульсное или статическое напрягэниэ прнлогэно к разрядному промежутку? Из одинаковых ш различных материалов наполнены экпттеры и неэмитирунцая поверхность катода? Непосредственно или через индивидуальные ограничительные сопротивления соединены эмиттеры с неэмитирухцей по-Еэрхностьэ? Перечисленные вопросы касаются режима предразрядной подготовки промежутка, конструкции и материалов электрода. Это не полный перечень._Кроме расгигрения указанных групп вопросов, его следует дополнить группа!« вопросов, касающихся . источника питания, мэжзлектродноа сроду, полезных характеристик разряда. Реализация приниыабшх ресаний обеспечивает определенное состояние разряда через активизация одних щзоцэссоз и их взаимодействий и подавление других.

Свойство:.! шазггы действующего змлттора стимулировать емиссим кз контактируЕзпх с еэй участков поверхности катода к одновременно терять способность поддергивать эмиссии участка катода, производящего эту плаз:ду, можно воспользоваться для придания разряду в Еэгои жолземгх свойств. На рис.39 представлена .схема вкдачвнпя острей дзухострнйного катода, противодействующая переходу разряда в дуговую стад1э.

Для стабилизации тока разряда вкнттер можно поместить в по-гнй электрод. Если вкиссионная граница плазмы в режиме насыщения :тгрзет роль станки, отражащюй все "сталкивающиеся" с ней ионы назад в плазму, то стенки полости катодного электрода играют роль вчйактпвннх стоков коков - отражения ионов от них ко происходит. В процессе разряда эмиттер постоянно поставляет в разрядный про-мзгуток пэ только электроны, но к плазму. Поэтому, если плазма ограничена япь эмиссионной поверхностью, то даз:е при условии = í3/z но границе плазма - Езкуум стабилизация эмиссионной поверхности невозможна из-за "накопления" плазма, а условие = ;)_.,, может быть внполнено лзпь в данаюже - в какдоз мгновение

Рлс.ЗЭ. Уезлцч-зепз длительности высоковольтной стадии разряда переключением змитгероз. Аеод подклзчоа к источнику постоянного напряжения +10 кЗ. ВозбуздзЕЕЭ разряда обзсдэчпгает подщлта-ещкй электрод ГО при подачэ на него положительного импульса напряжения. Из ' осцты-

ЛОГраМИ ЕЦДКО, ЧТО ЕО ВрСКЯ

перехода разряда между кг:-с:м-лнбо из геттеров (31 ¡из 32) и анодом з дугозуэ стадии возбуждается разряд между втор;с4 эмиттером и анодом. При этом разряд кзгду раноэ работавшим з:лттерсм а анодом обругается, а цпия разряда возобновляется, но тепзрь между вторим аглгатерсм :: анодом.

"к осц.

п осц.2

иК Ш

•ю

5 кл!4

Ф .{о Г^ео со

•л,-.зет место его Еарупеняз п ояюврекзшо устснозлзнпэ нового раз-нозесия. Наличие стонск полости позволяет обеспечить баланс постулатам. в плазму частиц и "поглощаеках" стэнка?53, автоматически "сглаживать" флуктуации эмиссии плааггы катодом. С увеличением гхяссш плаздо катодом граница плазмы продвигается к аноду, но одновременно возрастает площадь контакта плазма со станками полости катодного электрода Б увеличивается доля псноз плазма, "погло:;ае!,2и" стенкой. Чзн больще отпоиеше Б^^/Б«,-, где 3„тт -

КОНТ эгг

площадь эмиссионной поверхности катодной плазма, тем лучзэ стабилизация тока, однако эффективность использования Еещэства катода меньше.

Изложенные представления приманены для создания источников элзктронных пучков для возбуждения С02 и экспморных лазеров С5]. Протяженность пучков 140 см, ширина от 10 до 20 см. Изменением меасэлектродного зазора в диапазоне б - 18 см регулировалась плот-

ность тока в пределах 1 - 8 А/см2. Длительность импульса 1,8 - 6 икс. Такие режимы реализованы за счет насыщения эмиссионной способности катодной плазмы. Питание разрядного промежутка осуществлялось от ГИНа. Амплитуда импульса напряжения 300 кВ. Плотность тока равномерна. Кроме даионизации s, за счет этого, стабилизации эмиссионной поверхности, полость, в которую помещены эмиттеры, обеспечивает электростатическую фокусировку пучка, при этом контуры пучка резко очерчены. Компрессия плотности тока невелика (около 1,5), но достаточна для вывода всего пучка в окно. При этом потери на стенках вакуумной камеры отсутствуют. Сопротивление диода остается постоянным в течение всего импульса напряжения. Это обеспечивает эффективную передачу энергии ГИНа пучку.

Насыщение эмиссионной способности катодной плазмы в совокупности с направленным распространением потока плазмы с катода позволяют формировать эмиссионные поверхности заданных форм. Это обстоятельство использовано для получения в разряде сходящихся электронных пучков с компрессией ~ 100. Для этого в электронной пушке, известной как пушка Киллера 16, с.227], термокатод заменен катодсм разрядного промежутка. Катод - пластинка из графита диаметром 15 мм. Графит применен потому, что у него мал ток Imin и, кроме того, катодное пятно неподвижно. Разряд возбуждается поджигающим электродом с противоположной аноду стороны катода. Благодаря экранированию катодного пятна от поля основного промежутка, разряд легко включать и выключать по цепи подкига, исключены колебания тока и нагрев катодной плазмы при возникновении анодной. Нет необходимости в импульсном ускоряющем напряжении, оно может быть статическим. Длительность поджигающего импульса может быть меньше требуемой длительности пучка. Достаточно обеспечить длительность подзкига, превышающую время выхода плазмы в область поля основного промежутка. Выключение разряда с помощью поджига основывается на создании избыточных для тока основного разряда эмиссионных центров, что вызывает зарозденио у катода разрыва в плазме и распространение его на весь промежуток.

Получены воспроизводимость тока не хуже 10 - 15%, токооседа-

5. Абдуллин Э.Н., Коновалов И.Н., Лосев В.Ф. и др. Формирование сильноточных электронных пучков большой апертуры. - ЕТФ, 1982, т.52, й 5, C.S62-S68.

6. Алямовский И.В. Электронные пучки и электронные пушки. М., Сов.радио, 1960, 456с.

низ на аноде нэ более 0,2 - 0,45. В основном потери па анодэ происходят в период формирования эмиссионной границы. При напряжениях 20 - 30 кВ ток пучка на коллектор электронов достигает 6 -11,5 А. В области кроссовера около 50% тока пучка сосредоточено з приосэвоП области диаметром ~ 5 мм, около 80Х - диаметром ~ 8 км. За кроссовером на длина 70 мм диаметр пучка возрастает менее, ч-зп з 1,5 раза. Для увеличения знерпт электронов использовано доус-корениа, что одновременно обеспечивает дополнительную ксмпрасснэ пучка. При частоте 50 Гц, длительности импульса 50 :::с, напряжении 25 кВ, токе пучка 13 А источник способен работать 8 часов, пэ нуждаясь в профилактическом обслугяванип. Нарушение работоспособности источника происходит из-за прекращения возбуждения подвигающего разряда в результата увеличения длины поджигающего промежутка :!ля из-за прогорания графитовой пластинки (катода). В последнем случае разряд Еозбугдается, по с возникновением анодной плазмы происходит нагрев катодной плазмы и переход разряда в дуговую стадзш.

Длительность высоковольтного состояния ограничена накоплением десорбированного газа з катодной полости. Для увеличения длительности электронного пучка предложен и испытан источник злак-тронов со стенками полости, прозрачным для газа и непрозрачными для плазмы. При низкой плотности плззмы технически осуществимо изготовление стенок полости из сетки с разиэраки ячейки кэпьшв добаевского радиуса. При Пр = 10 кВ, величине тока 1 А получен электронный пучок длительностью 15 мсек. Потери электронного тока, извлекаемого сквозь сетку, не превышали 10% тока пучка. За счет увеличения объема вакуумной камеры до ~ 1 и3 при сечении пучка около 1С0 с:.:2, Ир = 10 кВ получен электронный пучок с током 1 А длительностью до 0,1 с. Ограничение длительности тока пучка происходит в результате самопроизвольных обрывов тока разряда, при этом питающая емкость остается частично заряженной.

Для увеличения плотности тока необязательно применять 'компресс:® пучка. Если необходам пучок большого сечения, использование компрессии требует неприемлемо больших размеров катода. Возможен прямой путь получения пучков с большой плотностью тока. Для этого использоевн плазменный анод. Экранирование эмиссионных центров от штока ионов из анодной плазмы, инжектируемой автономным источником, позволяет управлять параметрами разряда. Впервые продемонстрирована возможность получения электронного пучка с током ~ 103 А,, плотностью тока ~ 103 А/см2, длительностью до Ю-4 с при

энергии электронов 5-10 кэВ. Создан таксе источник электронных пучков с током около 20 кА, энергией электронов ~ 100 кэВ, поперечным сечением 1*10 см2, длительность генерирования пучка 2,5 -3 мке и ограничена параметрами источника питания. Осуществлена транспортировка пучка на расстояние 17 см за пределы разрядного промежутка, где с помощью пучка произведено объемное испарение мелкодисперсного порошка кеда. Получена плазма высокого давления (10 кгл.рт.ст.) с концентрацией атомов меди в парах 5-1017 - 1018 с?,Г3 в объеме 5x3x1 см3.

Впервые реализован плазконаполненный диод с осевой инжекцией плазмы, совмещающий функции прерывателя тока и источника заряженных частиц. Перед подключением ГМНа в разрядный промежуток со стороны полого анода инжектировалась плазма. Параметры плазмы и момент включения ГИНа подобраны достаточными для закорачивания разрядной цепи до достижения током амплитудного значения. Собственные параметры цепи определяют время нарастания тока ~ 1,5 мке и его амплитудное значение ~ 250 кА. С приближением тока к максимуму в плазме образуется разрыв, сопротивление диода возрастает, ток разряда падает, напряжение на разрядном промежутке возрастает, в промежутке формируются электронный и ионный пучки. Амплитуда импульса напряжения достигает 2,2 ЫВ и в 1,5 - 1,8 раза превышает первоначальное напряжение ГИНа. Мощность формируемого электронного пучка составляет 0,3 ТВт.

йзе один вариант устройства, совмещающего функции прерывате- . ля тока и источника заряженных частиц, разработан на основе использования в качестве плазмообразувдей среды продуктов электронно-стимулированной десорбции газа с анода. При предельно низких напряжениях источника питания (100 - 300 В), длительности низко-оиного состояния прерывателя около 1 мсек осуществлен обрыв тока ~ 100 А за время ~ 10 мкс. Амплитуда напряжения на разрядном промежутке во время срыва тока более чем в 100 раз превышает напряжение первичного накопителя.

На основе промежутка, частично заполненного анодной плазмой, создан импульсный источник ионов металлов с параметрами: величина ионного тока 0,5 - 2 А,• энергия ионов 30 - 80 кэВ, частота включений разряда до 10 Гц, длительность импульсов 100 мкс, площадь поперечного сечения пучка ~ 300 см2. К разрядному промежутку приложено постоянное ускоряющее напряжение, включение к выключение разряда осуществлялось с помощью источника плазмы на основе вакуумной дуги в полом аноде. Ионный источник нашел применение для

имплантации металлов п диэлектриков с цель» модификации ид поверхностных свойств.

Выполнены эксперименты по использовании ионных пучков", фор-!Яфуемых в плазмонаполнэнном диоде при возникновении разрыва, и з диоде, частично заполненном анодной плазмой. Показано, что одно- . кратный импульсный пучок ионов с энергией ~ 2 МэВ, плотностью то- ■ ка ~ ,10 А/см2, длительностью ~ 50 не при значительно меньшей дозе 1G11 см-2), чем пучки средних энергий ~ 105 эВ с низкой плотностью тока ~ Ю-3 - Ю-2 А/ал2, в некоторых случаях может быть эффективнее (пучки средних энергий для достижения аналогичного эффекта требуют дозу 1016 - 1017 см-2).

3.3. Значимые процессы п ВАХ разряда.

Принято деление процессов в разряде на катодные (К), анодные (А) и процессы в межэлектродаом промежутке (П). Это деление, однако, искусственно и не соответствует целостной картине разряда. Диаграмма на рнс.40 отображает весь мыслпкый набор процессов, основу которого составляют К, А и П - процессы. Полное множество процессов, порождавших закономерную, непрерывную смену слодуЕщпх друг за другом состояний разряда, включает (в случае трех основных процессов) взаимодействия: А « К; А * П; П * К; А * П х К. С помощью полного факторного эксперимента 23 количественно оценен вклад каждой группы процессов в развитие разряда (рпс.40).

В простейшем случае электрорззрядпая цепь содзрстт разрядный промежуток, включенный последовательно с актившгд сопротивлением ?. и источником питания с напряжением UQ. Состояния равновесия такой цепи лежат в точках пересечения ЕАХ разрядного промежутка с нагрузочной прямой источника питания (рис.41). Устойчивость цепи нарушается еще до начала разряда, когда из-за высокой интенсивности К - процессов дифференциальное сопротивление г разрядного промежутка снижается до нуля (точка 1 ВАХ). При незначительном перенапряжении г становится отрицательным и растет по абсолэтной величине. Пока |г| < R ток з разрядном промежутке самопроизвольно растет без повышения 0Q. Самопроизвольный рост тока приостанавливается в момент |г| = R (точка 2 ВАХ). • Длительность пребывания цепи в равновесном состоянии ограничена возникновением на катоде плазмы с > 33/2- Теперь состояние цепи определяют не только К, но и П - процессы, |г| становится больпе R и возобновляется самопроизвольный рост тока. Если условие |г| > R сохраняется до достижения током величины Imln, а 0Q и R таковы, что ÜQ/R > Imln.

Рис.40. Диаграмма множества процессов в разряде. В качестве интегральной характеристики интенсивности процессов принято время коммутации промежутка tK. Ранжирование процессов по вкладу в t{, осуществлено по критерии значимости Склера Р на основании данных полного факторного эксперимента 23. К промежутку' острие - плоскость приложен импульс напряжения ступенчатой формы, d = 2 см. и01 = 35 кв. UQ2 = 2 кВ. Интенсивности А - , П - , К -процессов: нижние уровни - сетчатый анод с прозрачностью ~ 30% (не А), Р0 = 5-Ю-5 ым.рт.ст. (не П), t, = 10 нс (не К); верхние уровни -сплошной анод (A), PQ = 2•10-3 км. рт.ст. (П), t1 = 300 не (К). Возврат в разрядный промежуток электронов, прошедших за плоскость сетки, исключен.

ная характеристика разряда. и - катодное падение напряжения. 10 - пороговый ток дугового разряда. 1 - начало самопроизвольного роста токе разряда; 2 -- насыщение про-дразрядаой эмиссии; возникновение катодной плазмы; 3 - начало перехода фронта катодной плазмы в насыщение; 4 - завершение формирования квазистационарной границы эмиссии катодной плазмы; возникновение анодной плазмы; нагрев катодной плазмы потоком ионов из анодной плазмы; 5 - начало уменьшения мощности потока ионов в катодиую плазму;

6 - ограничение тока разряда источником питания;

7 - погасание разряда;

8 - послеразрядная эмиссия.

начинается самоподдерживающийся разряд. В точке 3 ВАХ интенсивность П - процессов начинает снижаться. Вновь |г| < И, скорость роста I уменьшается и электроразрядная система устремляется к новому состоянию равновесия. Физической причиной перехода разряда в устойчивое состояние является насыщение эмиссионной способности катодной плазмы, прекращение распространения ео в промежуток. В точке 3 ВАХ появляются участки поверхности катодной плазмы, для которых Зе = З3/г- В точке 4 это условие выполняется для всей поверхности катодной плазмы. Очередное нарушение устойчивости разряда является следствием резкой интенсификации А, А * К, А х П процессов с возникновением анодной плаз?,и. При этом З3/г. 30 увеличиваются, изменяется геометрия промежутка, возрастает |г|. В точке 5 истощение источника плазмообразушэй среды на аноде, снижение напряжения на разрядном промежутке способствуют понижению |г| и переходу разряда в новое устойчивое состояние (точка б). Ко и в этом состоянии разряд пребывает ограниченное Еремя. В точке 6 ток соответствует предельному для данной цепи: 1р = (0о - ик)/Е. Поэтому не любые процессы, з результате которых |г| становится больше Н, сопровождаются нарушением устойчивости разряда. В отличие от точек 2 и 4, где нарушение устойчивости проявляется л в росте, и з спаде тока, в точке 6 - только в спаде тока. Когда ток уменьшается до 1п1п, разряд обрывается (точка 7). После обрыва разряда состояние цепи определяет участок 0-2 новой ВАХ промежутка. ЗАХ претерпевает необратимые изменения при каждом акте самопроизвольного роста тока с выходом за пределы участка 0 - 2. Причиной изменения является разрушение эмиссионных центров ка поверхности катода. Перечень процессов, определяющих направление развития разряда, не ограничивается А, П. К - процессами и их производными. Целесообразно включение процессов зо внешней цепи (Ц - процессов) в перечень основных, однако с добавлением одного основного процесса добавляется 7 вторичных. Чтобы оценить вклад Ц - процзссов и их взаимодействий с остальными в развитие разряда, необходимо проведение эксперимента по плану Iе. Свидетельством значимости этих процессов является возможность воздействия на состояние разряда ступенчатым изменением ио, Н, введением во внешнюю цепь нелинейных элементов, заменой цепи с сосредоточенными параметрами цепью с распределенными параметрами. Все такого рода воздействия основываются на изменении знака г, либо соотношения между |г| и Н, либо на задержке изменения Пп с изменением I .

ЗШШВДЕ

Изложены работы, выполненные с кош личным участием в области изучения в практического использования злектроразрядных систем. Некоторые из перечисленных работ ухе нашли применение, другие отдают его, а третьи еще не достигли готовности к немедленному практическому использованию.

Для представления в докладе избраны результаты, одинаково Вакные при решении любой прикладной задачи. Различия заключаются лишь в том, что в одних случаях какое-то из изучавшихся явлений полезно и для решения задачи необходимо лишь создать максимально благоприятные условия реализации явления. В других случаях это та явление вредно, и сущность решения заключается в создании неблагоприятных для реализации явления условий. Кроме того, что каждое из явлений само по себе задает направление течения разряду, два или большее количество явлений взаимодействуют мекду собой и в результате их взаимодействия такке изменяется направление течения, разряда. Эффективность совместного влияния явлений на ход разряда мокет многократно превышать эффективность каадого из них в отдельности. Способствуя или препятствуя тем или иным взаимодействиям явлений, могзю тага® организовывать развитие разряда в ведаемом направлении.

Явления и их взаимодействия проявляются в особенностях вольтамперной характеристики разряда. Ко это все &э ограниченное по возможностям средство отображения связи характеристик разряда с являниями и их взаимодействиями, обеспечивающими тот или иной набор характеристик. В этой области еще предстоит длительная и кропотливая работа, обещанная, однако, получение' конкретных результатов, позволяющих накопленные знания свести в совокупность простых и ясных методов априорного проектирования злектроразряд-ных систем, не жертвуя эффективностью системы ради достижения желаемых значений одного или нескольких параметров.

Список основных работ по теме диссертации:

. I. Бааашв Г.П., Месяц Г.А., Чесноков С.И. О замедлении скорос-, та лишения эмиссионной границы катодного факела в диоде, работающем в региме взрывной эмиссии // Радиотехника и электроника. - Т. 20, ВЫП. 11. - 1975. - С.2413-2415. 2. Бааэнов Г.П., Чесноков С.М. О минимальном токе взрывной эмиссии электронов // Изв. ВУЗов. Физика. - & 11. - 1976. -С.133-134.

3. Баженов Г.П., Ладыженский О.Б., Литвинов Е.А., Чэслонов С.Ы. К вопросу о формировании эмиссионной граница плазмы катодного факела при взрывной эмиссии электронов // 2урн. техн. физ. -Т. 47, вып. 10. - 1977. - С.2086-2090.

4. Баженов Г.П., Ладыженский О.Б., Чесноков C.U., Опак В.Г. Зон-довая диагностика колебаний потенциала плазмы в диодах со взрывной эмиссией // Зурн. техн. фаз. - Т. 49, вып. 1. -1979. - С.117-124.

5. Баженов Г.П., Ляднжанский О.Б. Выключение источника электронов со взрывной эмиссией без снятия статического анодного напряжения // Письма в ХГФ. - Т. в, вып. 6. - 1980. -С.324-327.

6. Баженов Г.П.. Ротштейн В.П. О влиянии предакпульса на величину тока, отбираемого с катода вакуумного диода, работающего в режиме взрывной эмиссии // Мощные наносекундные импульсные источники ускоренных электронов. - Наука: Новосибирск, 1976.

- ß.67-69.

7. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П. Динамика поступления газа в ускоряющий промежуток вакуумного диода // Зурн. техн. физ. - Т. 51, вып. 9. - 1981. - C.19S9-1971.

8. Баженов Г.П., Бугаев С.П., Месяц Г.А., Чесноков C.Ii. Использование взрывной эмиссии для получения импульсов электронного тока длительностью 10~4с и более // Письма в ЯТФ. - Т. 2, вып. 10. - 1976. - С.462—465.

9. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П., Бугаев С.П., Ладыжинский О.Б. Генерирование электронных пучков миллисекундной длительности на основе взрывной эмиссии электронов // Письма в 2ГФ. - Т. 7, вып. 6. - 1981. - С.347-350.

10. Баженов Г.П., Баюзт Е.Х., Ладыженский О.Б., Иэсяц Г.А., Осипов В.В. Метод импульсного создания плотной плазмы а парах металлов высокого давления // Письма в 2ТФ. - Т. 12, вып. 15.

- 1986. - С.943-945.

11. Баженов Г.П., Литвинов Е.А., йесчц Г.А., Проскуровскжй Д. И..Шубин А.Ф. Поступление металла в катодный факел при взрывной эмиссии электронов из металлических острий. II.Многократные включения тока // Яурн. техн. фаз. - Т. 43, вып. 6. -1973. - С.1262—1268.

12. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П., Ерохин Г.П., Ладыженский О.Б. Управление параметрами электронного пучка в. сильноточном диоде со взрывоэмиссионном катодом // Письма в ЯТФ. - Т.. 10,

ВЫП. 5. - 1934. - С.257-261.

13. Абдуллин Э.Н., Баканов Г.П., Бастрихов А.Н., Бугаав С.П., Ким А.А, Ковальчук Б.М., Кокшенев В.А., Ладыженский О.Б., Месяц Г.А., Сухушин К.Н. Сильноточный плазконаполненный диод в режиме прерывателя тока // Физика плазмы. - Т. 11, выпи. -1985. - С.10&-110.

14. Баженов Г.П., Бугаев С.П., Месяц Г.А., Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П., Врике Я.Я. Эмиссия электронов в начальной фазе наносекундного вакуумного разряда // Изв. ВУЗов. Физика. - Л 5. - 1969. - С. 153-154.

15. Баженов Г.П., Ладыженский О.Б., Литвинов Е.А., Парфенов А.Г. О механизме самопогасания катодного пятна // Еурн. техн. физ. - Т. 57, ВЫП. 2. - 1937. - С.247-249.

16. Баженов Г.П., Бакшт Е.Х., Бугаев С.П., Ладыженский О.Б., Осипов В.В. Формирование и транспортировка ленточных сильноточных электронных пучков в плазменном диоде.со взрывоэмиссион-ным катодом // Еурн. техн. физ.- Т. 55, вып. 6. - 1J335. -

. С.1210-1213.

17. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П., Ким A.A., Ковальчук Б.М., Кокшенев В.А. Плазменный прерыватель тока при кикросекундных временах ввода энергии в индуктивный накопитель // Физика плазмы. - Т. 12, вып. 10. - 1986. - С.1260-1264.

18. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П. Взаимодействие катодной плазмы с поверхностью катода в электронном источнике со взрывной эмиссией электронов // Изв. ВУЗов. Физика. - X 11. - 1931. -С.26-29. .

19. Бакенов Т.П. Эмиссия электронов из катода, - стимулированная плазмой постороннего катодного факела // Эмиссионная плазмен-.ная сильноточная электроника: Тез.докл. - Томск, 1973.

С.14-15.

20. Баженов Г.П., Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Исследование структуры электронных потоков, эмитируемых из катодных факелов в начальной стадии вакуумного пробоя // Изв. ВУЗов. Физика. - * 8. - 1970. - С.87-90.

21. Баженов Г.П., Беломытцев С.Я., Месяц Г.А. Об эффекте "мазков" в диоде со взрывной эмиссией электронов // Эмиссионная плазменная сильноточная электроника: Тез.докл. - Томск, 1973. С.19.

22. Баженов Г.П., Ладыженский О.Б., Носков Д.А., Чесноков С.М. Формирование сходящихся электронных потоков в пушках со

взрызшзст катодами // 3 Eco corsa.по сильноточной э:пс-сионной электроника: Таз. докл. - То:.:сн, 1S78. - С.37-33.

23. Абдуллин Э.Н., Батанов Г.П., Бугсоз С.П., Кэсяц Г.А., Чесноков С.И. Получение микросекуядпих злзктрснпнх пучков на основе взрывной э?.пссиа // 16 Всосоез. кснф. по сессионной 0Л9К-тронике: Тез. докл. - Махачкала, 1S76. - Ч.З.

24. Батанов Г.П., Бугаев С.П., Ерохпн Г.П., Киселев В.Н., Лигачев А.Е., Чеснокоз С.П., Янчук A.B. Источник ионоз кэталлов на основе дугового разряда с холодная катодом .'/ 5 Всэссгз. скот, по сильноточной эгассконпой электронике: Тзз. докл. -Томск, 1934. - 4.2. - C.93-S5.

25. Абдуллин Э.Н., Баяенов Г.П., Ерохнн Г.П., Кпселэз В.Н., Ла-дыхэнский О.Б., Чесноков C.îJ. Модель коммутации разрядного промекутка со взрывной эмиссией // 5 Всесоюз. ааш. по сильноточной эмиссионной электронике: Таз. дом. - To:îcîc, 1934. -4.1. - С.255-257.

26. Бакенов Г.П., Ладыненский О.Б., Рзтахпн H.A. Влппнпе анодной плазмы на поведение катодной з дазде со взрнвозмясспонним катодом // в Всесоюз. сил. по сильноточной эмиссионной электронике: Тез. докл. - ToriCK, 1986. - 4.1. - С.£3-30.

27. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П., Киселев В.Н., Ладцгэнский О.Б., Вольтакперная характеристика Еакуумного разряда // S Всосоез. es,я. по сильноточной эмиссионной электронике: Тез. доха. -Томск, 1986. - 4.1. - С.91-93. '

28. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П., Ладнгзнсяка О.Б., Литвинов S.A., Парфенов А.Г. Об обрывах тока в высоковольтной стадии разряда со взрывной эмиссией // 5 Всесоюз. симп. по ненакаяивазмым эмиттерам: Тез. докл. - Томск, 1985. - С.41-43.

29. Баженов Г.П., Ерохин Г.П., Киселев В.Н., Распутин P.M., Христенко В.Я., Чесноков С.Fi. Прерыватели тока на основе мяллисе-кундного вакуумного разряда // 7 Всесоюз. cam. то сильноточной эмиссионной электронике: Тез. докл. - Томск, 1988. - 4.2. - С.146-148.

30. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П., Ерохин Г.П., ЛаднганскиЗ • О.Б. Динамика роста проводимости мегалектродного промекутка в высоковольтном разряде // Импульсный разряд в диэлектриках. -Наука: Новосибирск, 1985. - С.42-55.

31. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П. О механизме интенсивного газовыделения с анода в электронных источниках // Ред.зурн. Изв.ВУЗов. Физика. - Томск, 1984. - Деп. в ВИНИТИ, Л 5616-84.

32. Бакенов ГЛ., Бугаев С.П., Ерохин Г.П., Колобов Ю.Р., Корота-ев А.Д., Месяц Г.А., Савченко А.О., Чесноков С.М. Импульсная имплантация ионов меди и рения в молибден // Доклады АН СССГ. - Т.206, ВЫП.4. - 1986. - С.872-875.

33. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П., Бугаев С.П., Ким A.A., Логинов C.B. Расчет ышсросекундного прерывателя тока с радиальной ин-жекцией плазмы. - Томск, 1986. - 17с. - (Препринт/ ТФ СО АН СССР, Ä3).

34. Абдрашитов В.Т., Бакенов Г.П., Бугаев С.П., Ерохин Г.П., Ко-ротаев А.Д., Колобов D.P., Кричков В.А., Куракин И.Б., Лигачев А.Е., Несыелов A.B., Савченко А.О., Савостиков В.М., Си-пайло М.Г., Чесноков С.М. Ионная имплантация в металлы и сплавы. - Томск, 1986. - 26с. - (Препринт/ ТФ СО АН СССР, £40).

35. Баженов Г.П., Бугаев С.П., Ерохин Г.П., Колобов Ю.Р., Корота-ев А.Д., Лигачов А.Е., Савченко А.Д., Чесноков С.Ы. Особенности микроструктуры молибдена, имплантированного ионами меди высоких и средних энергий // Поверхность. Физика, химия, механика. - Вып.5 - 1987 - СИ46-148.

36. Абдуллин З.Н., Баженов Г.П., Быстрицкий В.М., Ким A.A. и др. // Получение мощных ионных пучков в системе с микросекундным индуктивным накопителем и плазмиоэрсзионным размыкателем // Физика плазмы. - Т.13, вып.9. - 1987 - С.1027-1034.

37. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П., Бастриков А.Н., Бугаев С.П., Ким.. A.A., Ковальчук Б.М., Кокшенев В.А., Родионов Н.Е. // Исследование прерывателя тока на основе микросекундного плазмона-полненного диода // Изв.ВУЗов.Физика. - й 4 - 1988 -С.112—113.

38.. Абдуллин Э.Н., Бакенов Г.П., Бакшт Е.Х., Ладыженский О.Б., Осипов В.В. Сильноточная импульсная плазменная электронная пушка, A.C. J6 1304643.

39. Баженов Г.П., Бакшт Е.Х., Ладыженский О.Б., Осипов В.В. Способ формирования микросекундных сильноточных электронных пучков, A.C. J6 1233710.

40. Баженов Г.П., Чесноков С.М: Способ измерения минимального тока катода, A.C. * 610209.

41. Баженов Г.П., Ладыженский О.Б. Способ управления плазменным источником электронов, A.C. Я 835263.

42. Абдуллин Э.Н., Бакенов Г.П., Ерохин Г.П., Ладыкенский О.Б. Источник электронов, A.C. & 1207325.

43. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П., Ерохин Г.П., Ладыженский О.Б. Источник электронов со взрывным катодом, А.С. Я 971022.

44. Баженов Г.П., Чесноков С.М. Генератор импульсов ступенчатой формы, А.С. Я 714631.

45. Баженов Г.П., Месяц Г.А., Чесноков С.Н. Способ получения импульсных пучков электронов, А.С. Я 546037.

46. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П., Ладыженский О.Б., Чесноков С.М. Источник электронов со взрывным катодом, А.С. Я 602041.

47. Баженов Г.П., Месяц Г.А., Чесноков С.М. Способ получения пучков электронов, А.С. Я 688021.

48. Баженов Г.П., Ладыженский О.Б., Чесноков С.М. Источник электронов со взрывным катодом, А.С. Я 878100.

49. Абдуллин Э.Н., Баженов Г.П., Ерохин Г.П., Ладыженский О.Б. Источник электронов со взрывным катодом, А.С. J5 1628757.

50. Баженов Г.П., Ерохин Г.П., Савченко А.О. Способ обработки-поверхности изделий из электропроводящих материалов, А.С. Я 1689312.

51. Баженов Г.П., Ерохин Г.П., Колобов D.P., Коротаев А.Д., Савченко А.О. Материал для катода импульсных вакуумных и газоразрядных приборов, А.С. Я 1609351.

52. Abdul 1In E.N., Bazhenov G.P., Bougaev S.P. Arc discharge formation In microsecond range diodes with, explosive emission // Abstracts 9-th Intern. Simp, on Discharges and Electrical Insulation In Vacuum. - Eindhoven, 1S80. - P.154.

53. Bazhenov G.P., Mesyats G.A., Proskurovsky D.I., Rotsteln V.P., Vavllov S.P. Anode processes of vacuum pulse breakdown spare stage // Proc. 4-th Intern. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. - Waterloo, Ontario, Canada, 1970. - ?.121-125.

54. Bazhenov G.P., Baksht R.B., Litvlnov E.A., Mesyats G.A., Pro-skurovsky D.I., Rotsteln V.P., Vavilov S.P. Cathode flares during pulse breakdown in vacuum // Ibid. - P.116-120.

55. Bazhenov G.P., Mesyats G.A., Litvlnov E.A., Proskurovsky D.I., Jankelevitch E.B. Metal delivering Into plasma of cathode flare at forced explosion of point emitters // 5-th Intern.'Symp.on Dlscarges and Electrical Insulation In Vacuum. - Posnan, Poland, 1972. - P.185-188.

56. Abdul1In E.N., Bazhenov G.P., Bougaev S.P., Ladyshensky O.B., Chesnokov S.M. Electron beam production put of cathode flare plasma with limited emissivlty // Proc. 7-th Intern: Symp. on

Discharges and. Electrical Insulation In Vacuum. - Novosibirsk, USSR, 1976. - P.379-382.

57. Bazhenov G.P., Bougaev S.P., Chesnokov S.M., Ladyshensky O.B., Lltvlnov E.A. Formation of explosive emission current flares // Proc. 8-th Intem. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuus. - Albuguergue, 1978. - P.B4-1 -B4-7.

58. Abdul1In E.K., Bashenov G.P., Bougaev S.P., Erokhin G.P., Chssnokov S.E. Generation of quaslstationary elecron beans on the basis of a vacuum discharges // Proc. 11-th Intern. Symp. on Discharges and Electrical Insulation In Vacuum. - Berlin, DDR, 1934. - P.393-395.

59. Abdullln E.H., Bazhenov G.P., Bougaev S.P., Erokhin G.P., Chesnokov S.H., ladyshensky O.B. Generation of guaslstatlona-ry electron beans on the basis a vacuum discharges // Plasrra Scienae. - Vol. PS-13, £ 5. - 1935. - P.338-339.