ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА устройство для
получения потоков (пучков) электронов в объёме, из к-poro удалён воздух
(в вакууме). Электроны в Э. п. вылетают из катода и ускоряются электрич.
полем (рис. 1). Испускание электронов из катода происходит гл. обр. в процессах
термоэлектронной
эмиссии, эмиссии из плазмы, автоэлектронной эмиссии (см. Туннельная
эмиссия) и фотоэлектронной эмиссии. Формирование заданного распределения
электронного пучка на выходе из Э. п. осуществляется подбором конфигурации
ц величины электрич. и магнитного полей и является предметом электронной
оптики (см. Электронная и ионная оптика). Термин "Э. п." применяют
как к устройствам для формирования высокоинтенсивных электронных пучков
(сильноточные Э. п.), так и к более простым совокупностям электродов для
получения пучков малой интенсивности (используемых в клистронах, магнетронах,
электроннолучевых приборах); последние часто наз. электронными прожекторами.
Конструкции и параметры слаботочных Э. п. весьма разнообразны. Схема одной
из них приведена на рис. 2. Э. п. находят широкое применение в технике
и науч. исследованиях, в частности в телевиз. системах, электронных микроскопах,
электроннооптич. преобразователях, аппаратах для плавки и сварки металлов,
возбуждения газовых лазеров и т. д. Токи электронных пучков в слаботочных
Э. п. могут иметь значения в пределах от десятков
мка до десятков
а,
а
энергии электронов доходить до сотен
кэв.

В сильноточной Э. п., являющейся двухэлектродным
прибором (диодом), генерируются электронные пучки с существенно
большими
токами-до
10⁴ - 10⁷ а, энергией ускоренных электронов
до 10-20 Мэв и мощностью < 10¹³ вm. Обычно в сильноточной
Э. п. при плотностях тока > 1 ка/см²используются холодные
катоды со "взрывной эмиссией". Взрывная эмиссия возникает при нагреве и
взрыве микроострий на поверхности катода током автоэлектронной эмиссии
(см. Туннельная эмиссия). Ионизация паров приводит к формированию
у поверхности катода плотной плазмы и увеличению средней плотности тока
эмиссии в 10³-10⁴ раз. Прикатодная плазма расширяется
к аноду со скоростью v = (2-3)*10⁶ см/сек
и замыкает
состоящий из катода и анода диод за время d/v (d - расстояние катод
- анод), что ограничивает длительность тока пучка через диод временами
10-⁸ - 10-⁶ сек.

При малых токах и отсутствии разреженной
плазмы между катодом и анодом движение электронов в сильноточной Э. п.
с учётом релятивистских поправок подобно движению в слаботочной Э. п. Отличит,
особенность Э. п. в режимах с большими токами состоит в сильном влиянии
магнитного поля пучка на траектории электронов. Как показывает расчёт,
при токе диода I > 8,5 (E / mc²) * ( R / d) (ка)
(рис.
3, Е - полная энергия электронов у анода, mс² - энергия покоя;
см. Относительности теория) собств. магнитное поле потока электронов
заворачивает электроны к оси этого потока и сжимает поток к центру анода.
Это сжатие пучка у анода приводит к экранировке центральной области катода
пространственным
зарядом пучка, вследствие чего электроны испускаются гл. обр. кромкой
катода, что хорошо видно на рис. 3. Эффект сжатия наиболее ярко проявляется,
если пространств, заряд и его электрич. поле частично компенсируются ионами
плазмы, заполняющей приосевую область диода или покрывающей поверхность
анода. Плазма в диоде создаётся либо с помощью внеш. источников, либо в
результате нагрева анода электронным пучком. При этом на аноде плотность
тока сфокусированного пучка достигает 10⁶- 10⁸ а/см²,
а
плотность потока энергии < 10¹³ вm/см². Представление
о пучке в этом случае условно, т. к. поперечная скорость электронов сравнима
с продольной.

Если на аноде есть слой плотной плазмы,
то ионы ускоряются электрич. полем к катоду, а ток в диоде переносится
и электронами, и ионами. Теория и расчёт, подтверждаемые экспериментами,
предсказывают, что в результате взаимодействия магнитного поля с электронами
их ток с увеличением R/d (в отличие от ионного) перестаёт нарастать.
Это открывает возможность получения в сильноточных Э. п. ионных пучков
с током > 10⁶ а. Эффект подавления электронных токов
на периферии диода магнитными полями, наз. магнитной изоляцией, используется
в вакуумных передающих линиях, соединяющих источник питания с диодом
Э. п. и выдерживающих без пробоя напряжённость электрического поля <4*10⁶в/см.

Сильноточные Э. п. используются для нагрева
плазмы, коллективного ускорения заряж. частиц, получения тормозного
излучения и потоков нейтронов, генерации СВЧ-колебаний и лазерного
излучения, в исследованиях по физике твёрдого тела.

Лит.: АлямовскийИ. В., Электронные
пучки и электронные пушки, М., 1966; М е с я ц Г. А., Генерирование мощных
наносекундных импульсов, М., 1974; Смирнов В. П., Получение сильноточных
пучков электронов, "Приборы и техника эксперимента", 1977, в. 2. В.
П. Смиюное.<

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я