Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 |

почернение пленки РФ-3 дает мягкое рентгеновское излучение. Почернение пленки на периферии обуслов- Некоторая доля зарегистрированных ранее [5] и в настоящей работе быстрых электронов имеет аномальную лено в основном мягким рентгеновским излучением.

энергию, соответственно эти электроны приводят к поОтметим, что отпечаток сетки (рис. 8) на периферии явлению жесткого рентгеновского излучения. Речь идет имеет четкие края.

об энергии электрона >eU, где e Ч заряд электрона, На рис. 2,b почернение левой половины пленки обусловлено рентгеновским излучением из области раз- U Ч максимальная разность потенциалов, подаваемая рядного промежутка, свечение которой имеет малую на электроды. Появление таких аномальных электрояркость. Вклад области с плотным разрядом (рис. 2,b) нов в [6,32] связывают с эффектом так называемого в засветку пленки относительно мал, и пленка имеет поляризационного самоускорения на кончике стримера.

засветку в виде отдельных пятен. По-видимому, в об- Его механизм был предсказан в [49]. Поляризационное ласти плотного разряда формируются отдельные струи самоускорение возникает при синхронном движении Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 44 В.Ф. Тарасенко, И.Д. Костыря, В.К. Петин, С.В. Шляхтун максимума электрического поля, сконцентрированного быстрых электронов уменьшаются при увеличении их на кончике стримера, и электрона, непрерывно ускоряю- энергии и напряженности электрического поля [8]. Все щегося в этом поле. Однако, как известно, концентрация это определяет формирование диффузного разряда в электронов в стримере сравнительно мала, и сложно промежутке при высоких давлениях без предыонизации предположить, что при формировании стримера боль- промежутка от дополнительного источника.

шое число электронов ускорится до аномальной энер- Предымпульс на осциллограмме тока пучка, регистригии. Плотная плазма формирующегося искрового канала руемый при использовании в качестве анода сетки или (лидера), прорастающего от катода к аноду, имеет доста- тонкой фольги (рис. 3, b и 4,b) обусловлен быстрыми точно высокую концентрацию электронов, но в условиях электронами. Эти электроны, как мы уже отмечали, генерации мощных электронных пучков [15Ц24,26Ц28] появляются у катода и в промежутке за счет усиления не наблюдается искрового пробоя. Более того, когда электрического поля. При этом, как показали данные эксперименты, объемный разряд формируется не только возникают искровые каналы, эффективность генерации на местах максимальной концентрации электрического пучка резко падает [20]. Ниже мы покажем, что можно поля между катодом и анодом, а и практически во всем объяснить появление аномальных электронов, а также объеме газового диода. Соответственно быстрые элекчасти быстрых электронов, используя основную идею троны присутствуют во всем объеме газового диода, что работы [49], однако не связывая ее с наличием стримера приводит к генерации мягкого рентгеновского излучения или лидера.

при столкновениях с молекулами воздуха. Данный вывод доказывает засветка левой части пленки на рис. 2,b.

3. О механизме генерации пучка Мы считаем, что для получения подобных автографов убегающих электронов рентгеновского излучения (рис. 2,b и 8) недостаточно и рентгеновского излучения быстрых электронов, сформированных за счет усиления поля на микро- и макронеоднородностях катода. НеобИсходя из результатов настоящей работы можно ходим второй механизм ускорения электронов. Таким сформулировать следующую последовательность физимеханизмом, как мы уже отмечали, является появление ческих процессов при генерации быстрых электронов быстрых электронов в промежутке за счет избыточного и рентгеновского излучения в газонаполненных диодах отрицательного разряда на головках электронных лавин с катодом малого радиуса кривизны и плоским анои на фронте расширяющейся плазмы объемного разряда.

дом. Отметим, что полученные результаты, подтверждая Поляризационное самоускорение электронов имеет менаши предыдущие данные [15Ц24,26Ц28,37Ц41, 43,44], сто не только на головке стримера и лидера, а также дополняют их новыми важными особенностями работы в сильном электрическом поле на быстро формируюгазовых диодов. Новые данные были получены благодаря щихся лавинах объемного разряда, которые успевают применению современной измерительной техники.

перекрыться до формирования стримера. Причем такой При подаче на промежуток импульса напряжения с механизм имеет место, как в плотном объемном разряде, наносекундным фронтом электрическое поле концен- так и при разряде с относительно малой плотностью трируется на макро- и микронеоднородностях катода.

тока. Отметим, что при наносекундном фронте импульса Это вызывает автоэлектронную эмиссию электронов с высокого напряжения по поверхности диэлектрика мокатода, которая усиливается за счет положительного жеть развиваться поверхностный разряд [42], который объемного заряда. Концентрация поля на макро- и также осуществляет предыонизацию во всем объеме микронеоднородностях катода, а также, возможно, на промежутка. Это может оказывать влияние как на образовавшихся вследствие взрывной эмиссии электро- формирование объемного разряда, так и на появление нов [42] сгустках плотной плазмы, приводит на фронте быстрых электронов у анода. Объемный разряд, иниимпульса напряжения к ускорению части электронов до циируемый пучком электронов лавин (ОРИПЭЛ [15]), энергии в единицыЦдесятки keV. Эти быстрые электро- был использован нами для получения генерации на атоны ионизируют газ и создают в прикатодной области марных переходах ксенона [37,38]. Быстрые электроны начальные электроны, из которых в нарастающем во являются причиной мягкого рентгеновского излучения, времени электрическом поле развиваются электронные регистрируемого из промежутка. Таким образом, при лавины. Отрицательный заряд образовавшегося на гра- достаточно крутом фронте подаваемого на электроды нице плазмы электронного облака лавин и возраста- высокого напряжения стример во время формирования ющее на промежутке напряжение также приводят к разряда не успевает возникнуть или, возникнув, переускорению части электронов до энергий в единицы - ходит в объемную стадию разряда. Энергия быстрых десятки keV. Формирование диффузного (объемного) электронов зависит от фронта импульса напряжения и разряда в промежутке доказывает, что концентрация уменьшается при увеличении длительности фронта.

начальных электронов, появившихся за счет усиления Ряд авторов [6] и мы в наших экспериментах наблюдаэлектрического поля у катода и в промежутке, доста- ли уменьшение интенсивности излучения плазмы в виточна для перекрытия головок отдельных электронных димой области спектра на расстоянии 5 mm от катода.

авин до достижения ими критического размера и Эти темные области нельзя отнести к катодным облаобразования стримера. Отметим, что потери энергии стям тлеющего разряда из-за высокого давления газа в Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. О распределении по энергиям электронов пучка при объемном наносекундном разряде... промежутке. Можно предположить, что в этой области неоднородным распределением электрического поля попроисходит смена механизма предыонизации. Быстрые давались наносекундные импульсы напряжения с наэлектроны, образовавшиеся за счет усиления поля на носекундным и субнаносекундным фронтом. Изучены неоднородностях у катода, осуществляют предыониза- распределения по энергии электронов пучка и рентгецию только части промежутка у катода. В остальной новских квантов при объемном наносекундном разряде части промежутка быстрые электроны формируются за в воздухе атмосферного давления. Подтверждено, что в счет появления большого избыточного заряда на гранигазовом диоде формируется несколько групп электронов це плотной плазмы. Наличие двух механизмов приводит с повышенной энергией. Показано, что основной вклад в в ряде экспериментов к уменьшению интенсивности амплитуду тока пучка, измеряемую за тонкими фольгаизлучения в промежутке, обычно в области, расположенми, дают убегающие и быстрые электроны (СЛЭП), именой ближе к катоду.

ющие энергию в десяткиЦсотни keV (меньшую амплитуБлагодаря предыонизации быстрыми электронами и ды максимального напряжения на промежутке). Установнеоднородному распределению электрического поля в лено, что быстрые электроны (с энергиями в единицы - промежутке формируется волна ионизации [25Ц28], кодесятки keV) появляются на 100-500 ps раньше основторая распространяется от катода к аноду и за короткое ного пика тока пучка и приводят к существенному время (долиЦединицы наносекунд) перемыкает промеувеличению его амплитуды. Подтверждено [23], что жуток. Высокие скорости волн ионизации были зарегиэлектроны с аномальной энергией (большей амплитуды стрированы в работах [7,14]. При приближении фронта максимального напряжения на промежутке) дают малый ионизации к аноду между плазмой и анодом достигается вклад в ток пучка (менее 5%), а время их генерации критическое поле и формируется пучок убегающих элекс точностью до 0.1 ns совпадает со временем генерации тронов субнаносекундной длительности ( 0.1ns в даносновного пика сверхкороткого лавинного электронного ных экспериментах). Короткая длительность тока пучпучка (СЛЭП). Обнаружено мягкое рентгеновское излука определяется быстрым ДперемыканиемУ промежутка чение из всего объема газового диода, свечение которого плазмой после достижения критического поля у анода.

при пробое имеет малую интенсивность.

При этом максимум на распределении электронов по Все приведенные результаты указывают на ошибочэнергиям соответствует энергиям электронов меньшим, ность основных утверждений, высказанных в недавней чем напряжение на разрядном промежутке при форкритической статье Л.П. Бабича [32] относительно парамировании пучка. Отметим, что избыточный объемный отрицательный заряд на фронте расширяющейся от ка- метров и механизма формирования пучков электронов в тода плотной плазмы приводит к увеличению расстояния газовых диодах. В частности, в [32] ошибочно утверждамежду анодом и фронтом плазмы, на котором дости- ется, что в воздухе атмосферного давления формируется гается критическое поле и формируется СЛЭП. Для пучок электронов, имеющих в основном аномальную определения критического поля следует использовать энергию, и что в этих условиях генерируется не более нелокальный критерий, предложенный в [25].

109 электронов пучка. Эти ошибки привели в работах Появление электронов с энергией, превышающей Л.П. Бабича (см. обзор [6] и статью [32]) к неправильной максимальное напряжение на разрядном промежутке, трактовке механизма формирования пучков убегающих обусловлено дополнительным ускорением электронов в электронов в газах повышенного давления. Л.П. Бабич растущем электрическом поле избыточным отрицательпродолжает утверждать [32], что пучок электронов, ным зарядом на границе плазмы, распространяющейся выходящий из газового диода, заполненного воздухом атот катода. При этом важно, чтобы фронт плазмы (волны мосферного давления, состоит в основном из электронов ионизации) приблизился к аноду при максимальном с аномальной энергией, которые формируются у катода напряжении на промежутке.

на головке стримера за счет поляризационного самоВ данной работе не удалось зафиксировать точное ускорения. При этом новые экспериментальные данные время появления сгустков плотной плазмы на катоде в работе [32] отсутствуют, а результаты многих работ (взрывной эмиссии электронов [42]) и установить ее (см., например, [5,14]), в которых при использовании роль в формировании быстрых и убегающих электронов.

напряжений в сотни киловольт сообщалось о получении Эти исследования планируется выполнить в будущем, но пучков с энергией электронов, меньшей напряжения на из измерений тока разряда в газовом диоде и опытов со промежутке, игнорируются. Л.П. Бабич игнорирует и срезающим разрядником в газовом диоде [21] следует, результаты своих расчетов параметров пучка электронов что сгустки плотной плазмы появляются у катода на в гелии атмосферного давления [50]. B [50] расчетный фронте импульса напряжения, длительность которого ток пучка составил 1 kA, а аномальные электроны в была менее 1 ns.

расчетах отсутствовали или их концентрация была пренебрежительно мала.

Заключение Авторы благодарят В.Г. Шпака и С.Н. Рукина за предоТаким образом, в данной работе приведены результа- ставление генераторов, В.В. Ростова за предоставление ты экспериментальных исследований электронных пуч- дозиметра, а также С.А. Шунайлова, С.К. Любутина, ков и рентгеновского излучения, формируемых в га- Б.Г. Словиковского за помощь при проведении данной зонаполненных диодах. На разрядный промежуток с работы.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 46 В.Ф. Тарасенко, И.Д. Костыря, В.К. Петин, С.В. Шляхтун Список литературы [30] Липатов Е.И., Тарасенко В.Ф., Орловский В.М. и др. // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. Вып. 6. С. 29Ц33.

[1] Frankel S., Highland V., Sloan T. et al. // Nuclear Instruments [31] Липатов Е.И., Тарасенко В.Ф., Орловский В.М. и др. // and Methods. 1966. Vol. 44. P. 345Ц348. Квантовая электроника. 2005. Т. 35. № 8. С. 745Ц748.

[2] Станкевич Ю.Л., Калинин В.Г. // ДАН СССР. 1967. Т. 177. [32] Бабич Л.П. // УФН. 2005. Т. 175. № 10. С. 1069Ц1091.

№1. C. 72Ц73. [33] Загулов Ф.Я., Котов А.С., Шпак В.Г. и др. // ПТЭ. 1989.

[3] Noggle R.C., Krider E.P., Wayland J.R. // J. Appl. Phys. № 2. C. 146Ц149.

1968. Vol. 39. P. 4746Ц4748. [34] Яландин М.И., Шпак В.Г. // ПТЭ. 2001. № 3. C. 5Ц31.

[4] Тарасова Л.В., Худякова Л.Н. // ЖТФ. 1969. Т. 39. Вып. 8. [35] Аличкин Е.А., Любутин С.К., Пономарев А.В. и др. // С. 1530Ц1533. ПТЭ. 2002. № 4. C. 106Ц111.

[5] Тарасова Л.В., Худякова Л.Н., Лойко Т.В., Цукерман В.А. // [36] Любутин С.К., Рукин С.Н., Словиковский Б.Г., ЦыраЖТФ. 1974. Т. 44. Вып. 3. С. 564Ц568. нов С.Н. // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. Вып. 5. С. 36Ц46.

[6] Бабич Л.П., Лойко Т.В., Цукерман В.А. // УФН. 1990. [37] Костыря И.Д., Скакин В.С., Тарасенко В.Ф., ФедеТ. 160. № 7. C. 49Ц82. нев А.В. // ЖТФ. 2004. Т. 74. Вып. 8. С. 33Ц40.

[7] Василяк Л.М., Костюченко С.В., Кудрявцев Н.Н., Фили- [38] Алексеев С.Б., Губанов В.П., Костыря И.Д. и др. // гин И.В. // УФН. 1994. Т. 164. № 3. C. 263Ц286. Квантовая электроника. 2004. Т. 34. № 11. C. 1007Ц1010.

[8] Гуревич А.В., Зыбин К.П. // УФН. 2001. Т. 171. Вып. 11. [39] Костыря И.Д., Тарасенко В.Ф. // Изв. вузов. Физика. 2004.

С. 1177Ц1199. № 12. C. 85Ц86.

[9] Кремнев В.В., Курбатов Ю.А. // ЖТФ. 1972. Т. 42. Вып. 4. [40] Костыря И.Д., Орловский В.М., Тарасенко В.Ф. и др. // С. 795Ц799. Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. Вып. 11. С. 19Ц26.

[10] Павловский А.И., Босамыкин В.С., Карелин В.И., Ни- [41] Костыря И.Д., Орловский В.М., Тарасенко В.Ф. и др. // кольский В.С. // Квантовая электроника. 1976. T. 3. № 3. ЖТФ. 2005. Т. 75. Вып. 7. С. 65Ц69.

C. 601Ц604. [42] Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника. М.:

Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 |    Книги по разным темам