Исследование пространственно-временных характеристик плазмы дугового разряда низкого давления в ускорителе электронов с сетчатым плазменным катодом

Ускорители электронов, позволяющие осуществлять генерацию
электронных пучков большого сечения с выводом их в атмосферу, находят все
большее применение в промышленности, медицине, сельском хозяйстве и иных
сферах деятельности человека [1-3]. Именно поэтому такие ускорители
электронов постоянно совершенствуются, а их разработка и модернизация в
первую очередь направлены на расширение предельных параметров
генерируемого пучка и стабильность работы таких ускорителей электронов в
целом.
По принципу действия можно выделить три основных типа ускорителей
электронов: на основе термоэмиссии, взрывной эмиссии и эмиссии электронов
из газоразрядной плазмы. У каждого из них есть свои ниши в области
применения. Так ускорители с термокатодами позволяют получать
электронные пучки в непрерывном режиме или импульсы большой
длительности с неоднородностью по сечению меньше 10% [1]. Ускорители
электронов с взрывоэмиссионными катодами генерируют пучки с
наибольшими значениями плотности тока в течение наносекундной
длительности [4]. Однако эмиссия электронов из газоразрядной плазмы
отличается независимостью параметров (ток пучка, длительность импульса,
энергия электронов, частота следования импульсов) друг от друга, что
позволяет использовать такие ускорители электронов в более широком
диапазоне применений, а особенно в экспериментальных (поисковых) целях.
Одним из ускорителей такого типа является объект исследования данной
работы – ускоритель электронов «Дуэт» с сетчатым плазменным катодом на
основе дугового разряда низкого давления и выводом пучка в атмосферу.
Поскольку плазменный катод является сложным газонаполненным
устройством, стабильность работы которого зависит от множества факторов
(габаритных размеров, размеров эмиссионных отверстий, типа используемых
плазмогенераторов, параметров разряда, чистоты электродной системы и пр.) и
стабильность работы которого непосредственно определяет стабильность
работы ускорителя электронов в целом, то предметом исследования данной
работы является процесс генерации эмиссионной плазмы в плазменном катоде
на основе дугового разряда низкого давления путем определения
пространственно-временных характеристик этой плазмы, из которой
впоследствии осуществляется отбор электронов, их ускорение и вывод в
атмосферу через выпускное фольговое окно.
Изучение возможности применения электронно-лучевых технологий
началось в XX столетии, во время успешного развития вакуумной техники и
появления технических задач по соединению, обработке и получению новых
материалов [5]. По сегодняшний день проводится работа по поиску новых
применений электронных пучков и внедрению их в производственную сферу.
Поскольку принадлежность электронного ускорителя к определенной сфере
применения напрямую зависит от его конструкции и принципа работы,
рассмотрим методы получения электронных пучков: