^ 24.5
Физические процессы
в диодах для пучков
большого
сечения 485
катодной плазмы. Необходимо допустить, что с этого момента появляется анодная
плазма, примерно с такой же скоростью движущаяся навстречу катодной. То, что
это действительно так, показано в главе 5 настоящей монографии. Этот вывод под-
тверждается и экспериментами [38].
Как мы уже упоминали, одно из главных применений ПБС - накачка газовых
лазеров. Например, для накачки КгР-эксимерного лазера [13] требуется плотность
тока порядка десятков А/см
2
. Тогда при апертуре пучка примерно 1 м
2
полный ток
может приближаться к 10
6
А. При таких токах собственное магнитное поле пучка
будет влиять на траектории электронов, вызывая сильное пинчевание пучка. Чтобы
предотвратить этот эффект, необходимо приложить к диоду внешнее продольное
магнитное поле, которое должно быть больше собственного поля.
Внешнее магнитное поле повышает эффективность выделения энергии в лазер-
ной среде. Подбирая магнитное поле, можно вывести электронный пучок только в
активную зону лазера, что увеличивает его кпд. Однако наличие внешнего магнитно-
го поля имеет и ряд недостатков. Во-первых, необходима дополнительная энергия
для питания магнитов. Во-вторых, магнитное поле мешает перекрытию плазмы от
отдельных эктонов и созданию сплошного плазменного слоя на катоде. Плотность
электронного пучка получается неоднородной, что ухудшает качество накачки газо-
вого лазера. И, в-третьих, продольное магнитное поле увеличивает скорость катод-
ной плазмы, что может уменьшить время накачки лазера. К вопросу о роли собст-
венного и внешнего магнитных полей мы еще вернемся в следующей главе.
24.5.2 Пучки большого сечения микросекундной и большей длительности
Первоначально после появления диодов с использованием ВЭЭ предполагалось,
что такие пучки электронов не могут иметь длительность более 10~
7
с. Предельная
длительность импульса электронного тока в таком ускорителе ограничивается вре-
менем, в течение которого происходит перемыкание промежутка катод-анод плаз-
мой, образованной на электродах. Если анодную плазму можно устранить, уменьшая
плотность тока или используя фольговый или сеточный анод, то катодная плазма
принципиально не устранима. В [6] впервые показана возможность получения мик-
росекундных пучков электронов при использовании длинного промежутка катод-
анод, равного 10-20 см при площади мношострийного катода 200 см
2
. Это позволи-
ло уменьшить плотность тока на аноде и влияние анодной плазмы, а также влияние
катодной плазмы из-за увеличения времени ее пробега. В этой работе получены пуч-
ки электронов с энергией более 1 МэВ, током до 5 кА и длительностью до 4 мкс.
Схема такого ускорителя электронов приведена на рис. 15 [6]. На установке У-2 в
ИЯФ [39] получен электронный пучок с энергией электронов около 1 МэВ, током
примерно 10
5
А и длительностью 5 мкс при средней плотности тока более 200 А/см
2
.
Для получения более длинных импульсов и перехода к квазистационарному
режиму необходимо было решить три задачи:
1. Установить условия, при которых плазменный катод с ВЭЭ работает в ре-
жиме насыщения и движение эмиссионной границы прекращается.
2. Разработать методы, позволяющие ограничить рост тока, а следовательно, и ге-
нерирование плазмы, поскольку основным отличием диода с ВЭЭ от диода со стацио-
нарной плазмой является отсутствие специальной цепи для генерирования плазмы.
3. Выяснить механизм пробоя, чтобы затруднить его формирование.