1.Экспериментальная схема и её особенности. 2.Ресурсные испытание катода. 3.Измерения параметров водородной плазмы. 4.Измерения характеристик разряда. 5.Предложения по реконструкции катода и схема разрабатываемого генератора. План доклада:

Силовые линии магнитного поля Конструкция источника отрицательных ионов водорода Экспериментальная схема и её особенности Слева, плазменный генератор использующийся в источники отрицательных ионов водорода Вторая и трития ступень источника это цезиевая камера и ускоряющие электроды Часть магнитов камеры размагничено, по центру камеры вставлена пластина поддерживающая магнитные стенки изнутри

Ресурсные испытания Номер катода123 Время работы, ч Распылено, мм0,9 не измерялось0,5 Причина остановки работы Перестал выдавать эмиссию Замкнуло нагревательную спираль катода Перестал постоянно выдавать нужную эмиссию Все приводимые результаты были измерены при работе с 3 катодом Распыления 3 катода по сравнению с 1 уменьшилось более чем в 5 раз Испытания с 3 катодом были проведены без плесового стекла и при минимально возможном токе накала Эксперименты проводились со скважностью 5, эквивалентное время работы 3 катода при постоянном режиме более 50 часов Ожидаемое распыления при постоянном режиме меньше импульсного

Ресурсные испытания Первые 170 часов были проведены без напуска в генератор плазмы атмосферы при 0.5 сек импульсах, еще 90 часов работы катода получены после нескольких вскрытий при 1 сек импульсах Приведён примеры 0,5 и 1 сек импульсов на которых проводилось испытания катода Вначале горит несвободный разряд Ir = Iem После ~150мс разряд становится свободным Ir > Iem В испытаниях ток эмиссии подавался источником питания с обратной связью по напряжению. Эмиссия катода улучшается в течении разряда

Ресурсные испытания Параметры разряда на протяжении работы Напряжения разряда завесило от состояния катода и тока накала. Ресурсные испытания проводились при давлении: P=3мТорр Ток разряда ограничивался вручную на источнике и на протяжении всей работы был примерно равен 12.7А Ток накала на протяжении всей работы без напуска атмосферы приходилось поднимать из за ухудшения эмиссионных свойств катода

Ресурсные испытания Работа выхода рассчитанная по измерениям ВАХ разряда, которые проводились каждые мин работы. Проведены исследования температуры катода. По зависимости температуры от тока накала, нагрева катода разрядом, была построена температурная кривая. Первые 170 часов работы без вскрытия После 170 часов работы катод был снят и его поверхность изучена под микроскопом. Катод дополнительно разогревается 12.7А разрядом на 30К Охлаждения катода газом при 15мТорр равно приблизительно 10К, это на приделе измерения пирометра

Ресурсные испытания После напуска воздуха в камеру, час работы катода Напуск атмосферы значительно улучшал эмиссию катода, она восстанавливалась до значения нового катода. Приведенные значения работы выхода на графиках вероятно завышены Атмосфера перед испытанием была напущена на 2 дня, рост работы выхода в течении работы после напуска превышает рост работы выхода нового катода более чем в 4 раза Цвет катода контролировался через оптическое стекло на вакуумной камере, к которой крепится генератор плазмы

Измерения параметров водородной плазмы Проведена измерения параметров водородной плазмы с помощью зонда Ленгмюра. Точность абсолютных значений невелика, но динамика поведения просматривается. Параметры на которых проводились ресурсные испытания: P=3мТорр Ir=12.7А Ur= В Te=6эВ Ni=10 12 см -3 a=1%

Измерения параметров водородной плазмы Измерена зависимостьTe, Ni и плавающего потенциала от расстояния от катода Учитывая что Te=6эВ а Ti=1эВ потенциал плазмы будит около 40В Плавающий потенциал около 70В Rd=7мкм Ve=1.64*10 6 м/с Vi=1.53*10 4 м/с fe=9.2*10 9 Гц fi=2.2* 10 8 Гц L рассеивания на газе при энергиях еВ =70-20см L ионизации при 150эВ =110см Некоторые рассчитанные параметры:

Измерения характеристик разряда Приведены примеры поведения разряда при разном токе накала Видно что от эмиссии зависит напряжения разряда и чем больше эмиссия тем меньше напряжения У синего графика несвободный режим разряда, наблюдается рост эмиссионного тока Первые 10 минут работы разряда приходилось подавать больший ток накала либо тренировать при меньшем токе разряда

Измерения характеристик разряда Построены графики при различном максимальном напряжении Ток ограничен 16А На центральных графиках где мощность разряда больше, видно постепенное увеличения тока Во всех кроме измеренных при 240В и 260В, горит несвободный разряд Причины увеличения эмиссии: 1.При большем напряжении очистка происходит быстрей 2. Из за большей мощности поверхность катода нагревается быстрей

Измерения характеристик разряда Построены графики при различном максимальном токе Напряжение ограничено 210В Начиная с зеленого графика эмиссия вначале импульса недостаточная для выдачи нужного тока Значения токов написанные под графиком неточны реальное значения на примерно на четверть больше

Измерения характеристик разряда По измеренным параметрам разряда при различных давлениях построен график зависимости напряжения от давления, остальных параметры разряда постоянны Минимум напряжения разряда при давлении 2-3мТорр

Измерения характеристик разряда Жёлтый график сделан в серии 0,5 секундных импульсов со скважностью 5, зелёный 0,5 секундный импульс после 2 минутного промежутка между последним импульсом и измеренным. Видно что предшествующий импульс отравляет катод, кроме того напряжения в конце разряда больше чем напряжения после начального его пика. Разряд отравляет катод постепенно на протяжении импульса, причём отравления непостоянно

Измерения характеристик разряда Передний фронт разряда

Измерения характеристик разряда Изучения колебаний разряда

Измерения характеристик разряда Разряд с большой эмиссией с катода

Измерения характеристик разряда Колебания разряда с большой эмиссией с катода

Предложения по реконструкции катода и схема разрабатываемого генератора Создаётся новый генератор плазмы со значительно лучшими параметрами: 1.Магнитное поле оптимизировано, и его напряженность больше 2.Рабочий оббьем меньше, а значит плотность энергии больше 3.Значительно выше отводимая мощность У катода можно заделать более надёжный подогрев, и прикрыть металлом, графитовую обечайку

Предложения по реконструкции катода и схема разрабатываемого генератора Чертёж разрабатываемого генератора, вместе с чертежами 2 и 3 ступени источника Расположения силовых линий и движения частиц в генераторе Приведенные чертежи являются одним из промежуточных этапов создания генератора и приведены только для иллюстрации. Зелёным обозначены силовые линии магнитного поля, а красным движения частиц внутри ловушки

Вывод 1.Проведённые ресурсные испытания LaB 6 -катода в водородной плазме, доказали что он может иметь достаточное время работы в генераторах водородной плазмы и водородный ионов. Изучалась: распыление катода, изменения эмиссии катода со временем, влияния разряда на эмиссию катода, влияния примесей воздуха и атмосферы вакуумной камеры на катод. 2.Рассмотрено поведения разряда с катода при различных условиях. Изучалась: напряжения на разряде и его временное поведения в зависимости от эмиссии с катода, параметры разряда в зависимости от давления водорода.