Excitation of self-sustained secondary emission by gas discharge and hollow beam generation in magnetron injection gun

Abstract

The electron beam is frequently used for the energy input into the plasma. However, the strong transverse field hampers the charged-particle beam penetration into a closed magnetic trap. This problem can be solved by means of a new electron gun. It is an electron gun with a cold-cathode developed on the principle of self-sustained secondary electron emission. In experiments described below the gun ignition was for the first time observed at 2…6 kV direct voltage in the range of pressures ~ 10⁻²…10⁻¹ Pa. The gun produced the hollow electron beam with current exceeding 1 А and pulse duration up to 1 ms. After ignition the gun can principally operate at any higher vacuum.

Введення енергії в плазму може бути зроблено за допомогою електронного пучка. Однак, сильне поперечне магнітне поле перешкоджає проникненню пучків заряджених часток в замкнуту магнітну пастку. Ця проблема може бути частково вирішена шляхом використання нової електронної гармати. Принцип дії такої гармати з холодним катодом – вторинна електронна емісія, що самопідтримується. В описаних експериментах уперше запалювання гармати спостерігалося при постійній напрузі 2...6 кВ у діапазоні тиску 10⁻²…10⁻¹ Па. Гармата утворювала електронний пучок зі струмом більшим ніж 1 А та тривалістю 1 мс. Після запалювання робота такої електронної гармати принципово можлива і при більш високому вакуумі.

Ввод энергии в плазму зачастую можно произвести электронным пучком. Однако, сильное поперечное магнитное поле препятствует проникновению пучков заряженных частиц в замкнутую магнитную ловушку. Проблема может быть разрешена путем применения новой электронной пушки. Принцип действия новой электронной пушки с холодным катодом - самоподдерживающаяся вторичная электронная эмиссия. В описанных экспериментах зажигание пушки впервые наблюдалось при постоянном напряжении 2…6 кВ в диапазоне давлений 10⁻²…10⁻¹ Па. Пушка создавала полый электронный пучок с током выше 1 А и длительностью до 1 мс. После зажигания работа такой электронной пушки принципиально возможна и при более высоком вакууме.