Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника

Подождите немного. Документ загружается.

530

Глава 26. Плотные электронные пучки

и их

фокусировка

Рис. 26.7. Схема экспериментов по генерации тонкого сильноточного дискового РЭП в маг-

нитном поле остроугольной геометрии на ускорителе «УРАЛ»: 1 - силовые линии магнит-

ного поля, 2 - металлический стакан, 3 - камера-обскура, 4 - катушки магнитного поля, 5 -

кольцевая цепь, закрытая анодной фольгой, 6 - катодный диск (нож),

- токовый шунт, 8 -

делитель напряжения

Ширина пучка И

на аноде определялась по рентгеновским снимкам, получен-

ным с помощью камеры-обскуры. С ростом магнитного поля ширина пучка И

существенно уменьшается, а при Н^ = 13 кГс на снимках были видны отчетливые

следы филаментации пучка, которая хорошо также обнаруживалась по следам эро-

зии на аноде. На рис. 9 представлена ширина пучка в зависимости от Н^ для раз-

ных Н

. При больших Н

ширина пучка асимптотически стремится к значению,

близкому к Но. Формирование электронного пучка в диоде с ножевым катодом, по-

мещенным во внешнее продольное магнитное поле, происходит на поверхности

образующейся катодной плазмы в результате сложного движения электронов:

дрейфа вдоль боковой поверхности ножа в скрещенных электрическом и магнит-

ном полях и ускорения в сторону анода за счет продольной компоненты электриче-

ского поля Е\\.

Импеданс кольцевого ножевого диода при А

с1

можно оценить следующим

образом. Известно, что электрическое поле вблизи боковой поверхности ножа, в

пределах циклоиды дрейфа, имеет ненулевую тангенциальную составляющую Щ на

расстоянии порядка Л от кромки ножа, и следовательно, формирование электронно-

го пучка будет происходить с боковой поверхности ножа, равной 5

» 2

• 2тгР

с1,

при

§26.3

Диоды

ножевыми катодами

531

среднем расстоянии от этой области до анода с! «1,5*/. Используя известное вы-

ражение для импеданса плоского диода, вытекающее из закона «степени 3/2»:

2 = 430^

/({7

1/2

), где V - напряжение на диоде, МВ; 2 - импеданс диода, Ом, и

подставляя в него значения 5

и получаем соотношение для оценки импеданса

кольцевого ножевого диода:

(26.10)

Строгая теория диода с ножевым катодом, помещенного в сильное внешнее

продольное магнитное поле, развитая в [14], приводит к следующему выражению

для импеданса кольцевого диода:

ч1/2

2 = 30[х(у)]"

+ 1

(26.11)

Асимптотические значения коэффициента

следующие: х(у) = 1 при у» 1 и

Х(У)

0,36 при у ->

Для произвольного у значение х(у) определяется из интер-

поляционного соотношения: х(У) = 1-0,64/у. Отметим, что формулы (9) и (11) для

0,1

< II < 3 МВ дают значения, различающиеся не более чем на 25%.

При наличии анодной плазмы приведенные формулы должны быть исправлены

введением коэффициента а, учитывающего возрастание тока диода вследствие

компенсации объемного заряда электронов ионами, отбираемыми из анодной

плазмы, т. е. 2* = 2/а. Величина а зависит от напряжения V на диоде [15], его гео-

метрии, а также от плотности анодной плазмы и наличия магнитного поля. Для

плоского диода при «бесконечной» эмиссионной способности анодной плазмы и

для еШтс

< 0,2 величина а « 1,86, а с ростом у она монотонно растет и при

у = 5 а = 2,05. Значение а в каждом конкретном случае должно рассчитываться.

20 40 60 80 100

Рис. 26.8. Зависимость импеданса диода 2

от времени для разных Н^ в опытах с но-

жевым катодом на ускорителе «УРАЛ» при

с1

мм,

= 0,5 мм.

= 3 кГс (кри-

вая

7),

гк

кГс (кривая 2)

Рис. 26.9. Зависимость ширины пучка

от

магнитного поля Н^ в опытах с ножевым

катодом на ускорителе «УРАЛ» при с1

мм. 7,2 - зависимости (^

— Ио)

~ 1/Я^

для двух значений Н

34*

532

Глава 26. Плотные электронные пучки

их фокусировка

Математическое моделирование диода с кольцевым ножевым катодом, помещенно-

го в продольное магнитное поле Н

= 30 кГс и имевшего = 1,27 см, А

= 1,4 мм,

с1

= 2,5 мм при II = 600 кВ, показывает, что учет ионов анодной плазмы приводит к

возрастанию тока диода с 39,8 до 59,2 кА (а = 1,5) [16].

При сравнении экспериментальных данных с результатами расчета импеданса

диода необходимо иметь в виду, что образование плазмы на кромке катодного ножа

в опытах на ускорителе «Урал» происходит за 100-120 не до подачи импульса ос-

новного напряжения. Спустя 5-10 не после появления тока этот ток выходит на

плато с амплитудой 20-30 кА при напряжении 150-200 кВ, которое длится

10-15 не. Этот режим соответствует электронному току диода при отсутствии

анодной плазмы. Далее ток диода при слабо падающем напряжении за 30 не дости-

гает максимума, равного около 60 кА при

с1

= 5 мм или 90 кА при йо = 3 мм. Воз-

растание тока более чем в 2 раза и наличие максимума можно объяснить появлени-

ем в диоде ионного потока благодаря образованию анодной плазмы под действием

бомбардировки анода ускоренными электронами, уменьшением эффективного за-

зора и монотонным падением напряжения на диоде.

Примером диода с ножевым катодом без внешнего магнитного поля является

диод ускорителя «МС» [17] (II = 350 кВ, I = 170 кА, /

= 60 не). Катод был выпол-

нен в виде пластины длиной 27 или 10 см и толщиной 0,3 см. Материал катода -

нержавеющая сталь или графит. Анодом служила пластина из нержавеющей стали

толщиной 0,8-1 мм и алюминиевая фольга толщиной 10 мкм. Межэлектродный

зазор Ло между кромкой катодного ножа и анодом изменялся от 0,5 до 7,5 мм.

Импеданс сильноточного диода с плоским ножом длиной / с учетом торцовой

части ножа, обращенной к аноду, в отсутствие внешнего магнитного поля удовлет-

ворительно описывается соотношением, полученным из формулы (11):

Лг)^"

= 2,

1+- (26.12)

где 2[ = 2я30[х(у)]~

у + 1

Л/2

а „

— - импеданс диода с ножевым катодом длинои /

л-и

при

Но

/(у) = ^[х(у)]

-1

(У + 1)

1/2

- коэффициент; И

- ширина плазменного

катода

(И = Но +

2у

1).

Расчет импеданса диода ускорителя «МС» с I = 10 см,

= 3,5 мм, А

= 3,0 мм

для максимума тока (/

тах

= 120 кА, II = 330 кВ) по формуле (12) при скоростях

катодной и анодной плазмы

1 •

см/с в предположении, что плотная анодная

плазма образуется спустя 15 не после начала тока, при а = 1,9 дает расчетное зна-

чение 2

= 3,0 Ом, что согласуется с экспериментальным значением 2

= 2,75 Ом.

В работе [1] приведены рентгеновские снимки свечения анода в диоде с ножевым

катодом с

= 10 см и ^ = 0,35 см. Измерения показывают, что угловой разброс рас-

тет со временем. Вначале он не превышает 10-20°, а после 40 не начинает расти и

к 60-70 не достигает порядка 60°. Анализ рентгеновских снимков показывает, что

в начальный период работы диода, вплоть до 30 не, излучение однородно вдоль

катодного ножа. Однако после 40 не наблюдалась неоднородность свечения, при-

чем неоднородные области имели размер около 1-3 мм и были слегка вытянуты

поперек катодного ножа.

26.3 Диоды

ножевыми катодами

533

Значительным достижением стало использование диода с катодом из 18 ножей

(лезвий) при симметричном подводе энергии для получения РЭП мощностью

1,5 ТВт при напряжении около 1,0 МВ, токе 1,8 МА и эффективной длительности

импульса мощности 17 не [18]. Для получения РЭП с указанными параметрами

был использован ускоритель «8РЕЕБ» [19] с выходным сопротивлением генера-

тора 0,4 Ом, к которому с помощью конволюционной системы, состоящей из

18 параллельных линий с магнитной изоляцией, подсоединялся диод с катодом из

18 ножей, имевший форму усеченного конуса. Геометрия диода определялась зада-

чей создания мощного источника рентгеновского излучения для однородного

облучения образца общей площадью 500 см

На рис. 10 показан боковой разрез выходной части установки, на котором видна

одна из вакуумных транспортирующих линий и одна секция диода с ножевым ка-

тодом, расположенным под углом 45° к оси ускорителя. Длина каждого катодного

ножа, изготовленного из нержавеющей стали толщиной 0,25 мм, была равна

10,8 см. Анод представлял собой алюминизированную майларовую пленку толщи-

ной 13 мкм, наклеиваемую на анодный корпус с отверстиями. За пленкой

располагались полоски из танталовой фольги толщиной 51 мкм для увеличения

выхода рентгеновского излучения. Средний зазор между кромкой катодного ножа и

анодом, обеспечивающий оптимальное согласование импеданса диода с выходным

волновым сопротивлением генератора, был равен 4,5 мм. На рис. 11 приведены

типичные осциллограммы напряжения на диоде и тока диода. Следует отметить

очень низкую суммарную индуктивность системы подвода энергии от симметрич-

ной ускорительной трубки до катодных ножей, составляющую (2,15±0,2) нГн, что

обеспечило получение очень короткого импульса мощности РЭП в диоде с эффек-

тивной длительностью 17 не.

ШМШИЮ.^

Ь [см]

Рис. 26.10. Боковая проекция диода, имеющего форму усеченного конуса, с катодом из

ножей (ускоритель «8РЕЕО»): 1 - симметричная система подвода энергии, 2 - катодное

кольцо, 3 - сегментированный пояс Рошвского, 4 - линия с магнитной изоляцией, 5 - к де-

лителю напряжения,

- токовый шунт,

- держатель катодного ножа, 8 - катодный нож,

набор термолюминесцентных датчиков, 10- анод из танталовой фольги

534

Глава 26. Плотные электронные пучки

и их

фокусировка

Рис. 26.11.

Типичные осциллограммы в опытах с катодом из 18 ножей (ускоритель «8РЕЕБ»):

пунктирная кривая - напряжение на диоде; сплошная - напряжение, скорректированное на

индуктивность диода

2,2

нГн; штриховая -

ток диода,

протекающий через катодное кольцо

На рис. 12 представлена зависимость импеданса от времени. Наблюдаются три

фазы в развитии импеданса: I - образование катодной плазмы и работа диода в

режиме протекания тока в соответствии с законом «степени 3/2»; II - плато в им-

педансе диода, характерное для протекания тока в режиме пинчевания электронно-

го пучка; III - постепенное разрушение режима ускорения из-за наступления зако-

ротки диодного зазора плотной плазмой. Предельный измеренный импеданс диода

в момент максимума мощности при начальном зазоре, изменявшемся вдоль ножа

от 3 до 6 мм, равнялся 0,60 Ом и продолжал оставаться достаточно высоким в те-

чение всего импульса. Отметим, что импульс рентгеновского излучения по форме

был близок к импульсу мощности РЭП. Из покадровой съемки рентгеновского

2,0

-1

1,6

- \

/ р

111

0,8

0,4

^ и/

1 1 . 1 1 1

0 6 12 18 24 30

X [НС]

Рис. 26.12. Зависимость импеданса диода 2 и мощности РЭП от времени для зазора

с1 =

4,5 мм с отношением ^ттМпах

3/6 (ускоритель «8РЕЕЭ»). Экспериментальные кривые

относятся к одному импульсу

26.4 Фокусировка электронных пучков

535

свечения анода с помощью камеры-обскуры и электронно-оптического преобразо-

вателя (ЭОП) следует, что в начальной части импульса наблюдается довольно од-

нородное свечение вдоль катодных ножей, а на более поздней стадии видна ярко

выраженная картина пинчевания электронного пучка с перемещением его следа

вдоль ножей в сторону оси диода.

Для генерации мощных импульсов рентгеновского излучения широко приме-

няются вакуумные диоды с кольцевой геометрией с симметричной запиткой [20,

21]. Преимущество таких сильноточных диодов - в существенном уменьшении в

них доли ионной составляющей тока. Такой диод состоит из внутреннего и внеш-

него цилиндрических анодов, соединенных плоским анодом, и цилиндрического

катода. Симметричный подвод энергии к диоду возможен на базе ускорителей,

имеющих симметричную ускорительную трубку, как, например, в ускорителе

«8РЕЕБ», или с помощью вакуумного конволюционного перехода от одиночного

коаксиального выхода к симметричному выходу, как это осуществлено, например,

в ускорителе «ВЬАСК 1АСК» [21]. Поскольку обратные токи текут как внутри

катода, так и снаружи, электронный пучок не испытывает пинчевания к оси диода,

а образует кольцевой пучок. Ток ионов в таком диоде не превышает нескольких

процентов от полного тока диода.

В [20] приводятся результаты генерации РЭП на ускорителе «НУТЖОМ1ТЕ»

((7=2 МВ,

= 40 не,

2Г

= 4,8 Ом) с использованием двойного коаксиального диода.

С помощью конволюционного перехода выходная мощность генератора делится на

два потока, что необходимо для работы диода. Оказалось, что коэффициент деле-

ния тока зависел от импеданса диода: для режимов с низким импедансом от 30 до

40% полного тока протекало через внутренний коаксиал, в то время как для режи-

мов с более высоким импедансом токи были примерно равны. Потери тока при

конволюции составляли примерно 1/3 независимо от импеданса диода.

Рентгеновские снимки свечения торцового анода указывают на достаточную

однородность кольцевого электронного пучка, средний диаметр которого равен

среднему диаметру катодного кольца, а также на наличие радиального пинчевания

в пределах кольцевого пучка, при котором внутренние электроны движутся нару-

жу, а внешний - внутрь. Импеданс диода существенно зависел от зазора между

торцом катода и плоским анодом.

Наиболее мощный диод с кольцевым катодом и симметричной запиткой был

применен на установке «ВЬАСК 1АСК» [21]. Диаметр кольцевого катода был

равен 25 см. В диоде при зазоре

с1о

= 1,3 см и напряжении около 2,1 МВ получен

ток примерно 2,1 МА. Энергия, переданная в электронный пучок, составила

250-300 кДж при запасе ее в генераторе Маркса 1,5 МДж.

§ 26.4 Фокусировка электронных пучков

Из соотношения (3) следует, что импеданс диода 2

~ 11

(КШ)~

. Следова-

тельно, чем меньше аспектное отношение д =

Я/с1,

тем больше импеданс. Поэтому

диоды с малым аспектным отношением д называют иногда высокоимпедансными.

Первые опыты по фокусировке РЭП в таких сильноточных диодах описаны в ра-

ботах [22, 23]. В этих экспериментах применялись диоды, имевшие диэлектриче-

ские стержневые или трубчатые катоды диаметром 2-6 мм и более, длиной

536

Глава 26. Плотные электронные пучки

их фокусировка

20-40 см, что было необходимо для подавления предымпульса, и зазором между

кончиком катода и плоским металлическим анодом 0,5-5,0 см. Напряжение, при-

кладываемое к диоду, варьировалось от 1,0 до 3,5 МВ. В опытах на установке

«РХ-75» [22] при напряжении на диоде 3,5 МВ получен сфокусированный до диа-

метра примерно 2 мм электронный пучок с током 40 кА и длительностью 30 не.

Плотность тока на диоде в этих опытах достигала нескольких мегаампер на 1 см

Импеданс таких диодов составлял десятки ом, а ток диода был меньше или равен

альвеновскому току 7

=17|5у, кА, где у = (1-^/с

1/2

= и

/с, с - скорость

света, щ - скорость электрона.

Экспериментально установлено, что в начале импульса напряжения электрон-

ный пучок, эмитируемый с катода малого диаметра, расходился и формировался на

аноде в пятно диаметром примерно 10 мм с относительно малой плотностью тока.

Щелевая развертка свечения плазмы в зазоре между катодом и анодом показала [23],

что пинчевание РЭП в диоде происходило незадолго до перекрытия промежутка

видимой плазмой, в результате чего пучок фокусировался в маленькое пятно на

аноде диаметром около 1-2 мм с плотностью тока, превышающей 1 МА/см

. Со-

гласно голографическим интерферограммам [24], в момент пинчевания электрон-

ного пучка на оси диода между плотными слоями катодной и анодной плазм име-

ется плазма плотностью около 10

см

-3

, обеспечивающая нейтрализацию объемно-

го заряда фокусируемого электронного пучка.

Численные расчеты сильноточных диодов с током I < показывают [25], что

углы падения электронов на поверхность анода малы (нормальное падение -

рис. 13, а). С повышением тока диода углы падения на анод увеличиваются благо-

даря возрастающему действию собственного магнитного тока, равного харак-

тер электронных траекторий становится принципиально другим, а именно: лами-

нарное течение электронов в ускоряющем зазоре заменяется течением с пересе-

кающимися орбитами (рис. 13, б). Когда ток в диоде I >

1щ>,

ларморовский радиус

сч

0,635 см^|

Рис. 26.13. Расчетные стационарные траектории электронов в диоде с плоскими круглыми

электродами, а - ламинарный электронный поток

(7 <

7^), напряжение на диоде

11=

200 кВ,

2рас

= 11,9 Ом; б - фокусировка электронов с помощью токонесущей плазмы на оси (7

7^),

напряжение на диоде V

250 кВ, ток проволочки - 70 кА, ток диода 50 кА; штриховая ли-

ния - граница анодной плазмы

26.4 Фокусировка электронных пучков

537

электронов с энергией, соответствующей напряжению на диоде, становится рав-

ным или меньше зазора между катодом и анодом и электроны с внешней границы

пучка начинают дрейфовать к оси диода. Следствием этого является пинчевание

электронного пучка, приводящее к его самофокусировке на аноде.

Самофокусировка сильноточных РЭП в диодах с круглыми плоскими электро-

дами и большим аспектным отношением ЯШ использовалась в [9, 26]. Замечено,

что положение фокального пятна при самофокусировке пучка не всегда совпадало

с осью диода и фокусировка часто происходила в конце импульса тока, когда зна-

чительная часть энергии уже была израсходована. Кроме того, численные расчеты

пинчевания электронного пучка за счет 2?х#-дрейфа показали [25], что на оси

диода будет происходить накопление значительного электронного заряда, которое

заметно сместит эквипотенциали вблизи оси в межэлектродном зазоре в сторону

анода: это приведет к фокусированному выходу электронов на анод, препятствуя

их движению к оси диода и ухудшая тем самым степень самофокусировки. В связи

с этим в [27, 28] исследовалась самофокусировка РЭП с помощью предварительно

создаваемого плазменного канала вдоль оси диода. Эта идея схематически объяс-

няется с помощью рис. 14, где изображены цилиндрический диод с большой пло-

щадью катода, импеданс которого равен ~1 Ом, и резистивная токонесущая плазма

в осевой области диода, получаемая с помощью взрыва тонкой проволочки, натя-

нутой между катодом и анодом [27]. В [24] были получены лазерные голограммы

диодного промежутка ускорителя «Ыегеиз» (V = 300 кВ, I = 80 кА) после взрыва

вольфрамовой проволочки диаметром 12,7 мкм, длиной 3,2 см, натянутой между

углублением в катоде и анодом при зазоре анод-катод, равном 0,381 см. Например,

из голограммы, полученной через 25 не после появления импульса тока в диоде,

видно, что поверхности катода и анода, а также проволочки покрыты плотной

плазмой. Несмотря на то, что плотность электронов плазмы вдоль проволочки бы-

ла не менее 10

см

-3

, диод не закорачивался в течение 35-40 не после появления

импульса тока пучка. Измерения распределения плотности тока, проведенные с

помощью цилиндра Фарадея и рентгеновских снимков, снятых камерой-обскурой в

Рис. 26.14. Схема самофокусировки электронного пучка в диоде с помощью токонесущей

плазмы: 1 - катод, 2 - анод, 3 - резистивная плазма, 4 - пинч, 5 - ток пучка, 6 - ток прово-

димости плазмы

538

Глава 26. Плотные электронные пучки

и их

фокусировка

опытах на ускорителе «8ПМ» [27], показали, что ток ускоренных электронов со-

ставил 80 кА при напряжении 250 кВ, а ток проводимости плазмы, образовавшейся

после взрыва проволочки, 150 кА, максимальная плотность тока электронного

пучка на аноде 510

А/см

Другой способ получения плазмы на оси диода, позволяющий контролировать

размеры, плотность и степень ионизации плазмы, состоял в ее создании с помо-

щью лазерного луча, который пропускался через отверстие в катоде [28]. Наличие

лазерной плазмы увеличило плотность тока РЭП в фокусе в 5-6 раз и позволило

достичь на ускорителе «Кегеш» плотности более 2 МА/см

при высокой воспроиз-

водимости результатов фокусировки.

На рис. 13, б приведен пример расчета траекторий электронов в диоде с като-

дом диаметром 5,0 см при наличии резистивной плазмы на оси диода. Для расче-

тов были взяты параметры, определявшиеся экспериментально: напряжение на

диоде 250 кВ, ток проводимости осевой плазмы 70 кА, ток электронного пучка

50 кА. Обнаружено, что основная взрывная эмиссия электронов происходит из

внешних областей катода и большая часть электронов, эмитируемых из этой облас-

ти, проникает в плазму, образовавшуюся после взрыва проволочки, и фокусируется

на аноде. Магнитное поле тока проводимости плазмы подавляет эмиссию из при-

осевой области катода, что объясняет достаточно высокое значение импеданса та-

кого диода. Экспериментальные результаты указывают на существенное улучше-

ние фокусировки электронного пучка с током /, значительно превышающим /кр,

при наличии плазмы, образующейся после взрыва проволочки вдоль оси диода, а

численные расчеты это подтверждают. Эта плазма выполняет две важные функции.

Во-первых, ток проводимости плазмы создает достаточно большое азимутальное

магнитное поле, обеспечивающее #х#-дрейфовое движение электронов в сторону

проволочной плазмы, и, во-вторых, наличие плазмы обеспечивает вблизи оси ней-

трализацию объемного заряда электронов, так что магнитное поле внутри плазмы

способствует дальнейшей фокусировке электронного пучка. Численные расчеты

показали также, что возможно стабильное распространение электронного пучка с

/> /

внутри плазмы после взрыва проволочки при наличии в ней продольного

электрического поля Е

[29].

Заметным достижением в развитии работ по фокусировке сильноточных РЭП

в диодах явилось применение полых катодов с коническим торцом, обращенным

к плоскому аноду, и с большим аспектным отношением [30]. С помощью такого

катода уже в начале импульса тока образуется тонкий пучок, который схлопыва-

ется к оси со скоростью от 1 до 5 мм/нс в зависимости от материала анода. В ре-

зультате образуется стабильный пинч диаметром на аноде не менее 3 мм. Основ-

ное преимущество таких катодов состоит в том, что фронт мощности сфокусиро-

ванного РЭП на аноде более крутой. Тогда как для диодов с инжекцией плазмы

или токовым каналом вдоль оси диода скорость роста мощности РЭП в фокаль-

ном пятне определялась временем нарастания мощности в диоде, составлявшем

около 20-30 не, в диоде с полым катодом с коническим торцом оно снизилось до

1 не, так что практически до пинчевания пучка мощность РЭП в фокальном пят-

не была близка к нулю. Такой тип диода позволяет получить стабильный пинч в

центре, анода. При оптимальном выборе размеров катода более 2/3 диодного тока

мбжет быть сфокусировано в фокальное пятно на аноде площадью 0,1 см

§ 26.4

Фокусировка электронных пучков

539

Эксперименты с применением полых катодов с коническим торцом проводи-

лись на ускорителе «ОашЫе-1» (11= 750 кВ, / = 500 кА, (= 70 не) при полной энер-

гии в электронном пучке от 8 до 9 кДж, а также на более мощном ускорителе

«ОашЫе-П» (1 МВ, 670 кА, 50 не) при полной энергии в РЭП около 35 кДж. Ис-

пользовался полый катод с коническим торцом внешним диаметром 84 мм и внут-

ренним 39 мм, с углом заточки на конус 6° и зазором между катодом и анодом

3,7 мм (рис. 15), что позволяло получить импеданс диода 3 Ом. Диод с полым ка-

тодом с коническим торцом обеспечивал стабильную фокусировку пучка на оси

диода с диаметром пятна, не превышающим 3 мм. Плотность тока в фокальном

пятне достигала 1,6 МА/см

, а плотность мощности РЭП - 10

Вт/см

. Скорость

нарастания мощности составляла 10

Вт менее чем за 3 не, тока - более 200 кА,

амплитуда напряжения - около 700 кВ.

На рис. 15 показан процесс схлопывания полого электронного пучка в пинч

малого диаметра. Видно, что вначале образуется тонкий трубчатый электронный

пучок толщиной менее 3 мм, радиус которого несколько превышает внутренний

радиус полого конического катода. Полый пучок схлопывается к центру анода, по-

стоянно ускоряясь. Начальная скорость схлопывания для анода из алюминия со-

ставила 0,8 мм/нс. Средняя скорость схлопывания пучка при движении между ра-

диусами от 10 до 15 мм равна 1,7 мм/нс, а для радиуса меньше 10 мм - 3,6 мм/нс,

так что спустя примерно 40 не после начала импульса оболочка схлопывалась в

плотный пинч в центре анода. В течение последующих 50 не плотный пинч про-

должал существовать, совершая хаотическую миграцию в пределах 1 мм вокруг

оси диода. Эти перемещения могут быть частично ответственны за средний диа-

метр пинча, определенный с помощью интегральных рентгеновских снимков, по-

лученных камерой-обскурой. Поэтому мгновенный средний диаметр фокального

пятна на аноде (ширина пятна на полувысоте интенсивности) был меньше 3 мм, а

средняя плотность тока заметно превышала 1 МА/см

. Покадровая съемка свече-

ния сцинтиллятора, расположенного за анодом, с помощью ЭОПа указывает на

круговую симметрию схлопывающегося полого электронного пучка.

Эксперименты, проделанные с помощью латунного анода, покрытого очень

тонким слоем алюминия (около 1 мкм), показали, что скорость схлопывания элек-

тронного пучка зависит от материала поверхностного слоя анода. Согласно расче-

там, энергия электронов, выделявшаяся в аноде схлопывающимся электронным

Рис. 26.15.

Геометрия диода

щелевая развертка свечения сцинтиллятора за анодом (анод из

титана, насыщенного водородом) в опытах по фокусировке РЭП на ускорителе «САМВЬЕ-1»:

1 - катод, 2 -

анод,

3 - сцинтиллятор толщиной 0,5 мм,

- нейтральный фильтр (Р = 0,5)