Особенности динамики электронных пучков с доминирующим

УДК 621.382.6(06) Физика пучков и ускорительная техника
А.В. АГАФОНОВ
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва
ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ
С ДОМИНИРУЮЩИМ ВЛИЯНИЕМ
ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА В КОМПАКТНЫХ
СИСТЕМАХ СО СКРЕЩЕННЫМИ ПОЛЯМИ
Дан обзор результатов численного моделирования нестационарных эффектов в электронных пучках с доминирующим влиянием пространственного заряда, формируемых в компактных коаксиальных диодах прямой и инверсной полярности с вторичной эмиссией [1-9].
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 03-02-17300.
Режим самоподдерживающейся вторичной эмиссии в компактных
магнетронных пушках (МП) характеризуется нулевой в среднем составляющей радиального электрического поля на поверхности катода. Обратная связь на эмиттирующей поверхности, способствующая развитию
сильной азимутальной неустойчивости, особенно наглядно проявляется в
режиме вторичной эмиссии. Ее неоднородность, зависящая, в свою очередь, от структуры потока, ведет к формированию изменяющегося по
направлению и величине радиального электрического поля на данном
азимуте из-за вращения потока как целого. При этом, эмиссия частиц в
неправильных фазах подавляется, а в правильных усиливается, способствуя самоорганизации потока. Если напряжение превосходит определенное значение, самоподдерживающаяся вторичная эмиссия срывается и
часть “несогласованного” потока сбрасывается.
Режим термоэмиссии и смешанной термо- и вторичной эмиссии со
сравнимыми токами может характеризоваться отсутствием неустойчивости чисто первичного пучка при условии ограничения тока эмиссии
пространственным зарядом. Глубокая азимутальная модуляция, сопровождающаяся током утечки на анод поперек внешнего магнитного поля,
возникает только, если катод работает в режиме насыщения (нормальная
компонента электрического поля не равна нулю в среднем). Подобное поведение обусловлено проявлением той же самой обратной связи на эмитирующей поверхности, обеспечивающей азимутальную модуляцию потока.
В случае, если ток первичного пучка сравним с током вторичной эмиссии
поведение потока в более поздние моменты аналогично случаю ограничения тока пространственным зарядом. Заряд первичного пучка с достаточно большим током сглаживает неоднородность вторичной эмиссии. Ток
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 7
157
УДК 621.382.6(06) Физика пучков и ускорительная техника
вторичной эмиссии вначале нарастает, а затем спадает и подстраивается
под значение, которое совместно с током первичного пучка обеспечивает
в среднем равенство нулю нормальной компоненты электрического поля
на катоде
Режим захвата и накопления электронов возникает в условиях срыва вторичной эмиссии, например, при увеличении напряжения, что сопровождается сбросом части заряда из ускоряющего промежутка на электроды и “отрывом” оставшейся части потока от электродов, представляют
особый интерес, поскольку позволяют осуществить захват и накопление
электронов в скрещенных полях. В результате этих процессов в промежутке формируется вращающийся поток с большим зарядом, не касающийся ни катода, ни анода.
Вторичная эмиссия в инверсной МП может использоваться для генерации ВЧ-колебаний. При условии непрерывной эмиссии первичного
слаботочного пучка с внешнего электрода (катода) и увеличении напряжения на МП в ускоряющем промежутке осуществляется накопление заряда. Колебания напряжения за счет режима зарядки МП и/или развитие
азимутальной неустойчивости во вращающемся электронном потоке стимулируют обратную бомбардировку катода электронами и возникновение
интенсивных вспышек тока вторичной эмиссии, существенно превосходящего по своей величине ток первичного пучка. В результате, амплитуда
колебаний в подобной квазирезонансной цепи нарастает, и вся система
может перейти в режим самоподдерживающихся колебаний.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Agafonov A.V., Fedorov V.M., Tarakanov V.P. Proc. of 1997 Particle Accelerator Conf.,
Vancouver, Canada. 1997, 2, 1299 - 1301.
Agafonov A.V., Fedorov V.M., Tarakanov V.P. Problems of atomic science and technology,
2, 137-139 (1997).
Agafonov A.V., Fedorov V.M., Tarakanov V.P. Problems of atomic science and technology,
4, 11-13 (1999).
Agafonov A.V. Proc. of the 2nd Sarantsev's workshop. Dubna, JINR, 1998, D9-98-153, 105 109.
Agafonov A.V., Lebedev A.N. Proc. of the 3rd Sarantsev's workshop, Dubna, JINR, 2000,
60-67.
Agafonov A.V., Fedorov V.M., Tarakanov V.P. Problems of atomic science and technology,
5, 160-162 (2003).
Agafonov A.V. Problems of atomic science and technology, 5, 169-171 (2003).
Agafonov A.V., Fedorov V.M., Tarakanov V.P. JTF, 74, 93-103 (2004).
Kotetashwily P.V., Rybak P.V., Tarakanov P.V. Institute of General Physics, Moscow, Preprint N 44, 1991.
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 7
158