Исследование потоков заряженных частиц в вакуумном дуговом разряде

Исследование потока ионов

1. Временной характер потока ионов
2. Формирование спектра ионов
3. Поток ионов на поверхность катода

Исследования потока электронов

1. Наличие высокоэнергетичной компоненты в спектре электронов
2. Временные исследования ановальных электронов

Исследования потока ионов

Методика

Для исследований применяется одноканальный электростатический энергоанализатор, совмещенный с времяпролетным массанализатором. Рис.1. Этот анализатор используется в режиме энерго-массанализа, либо в режиме временного анализа потока частиц одной энергии.

Рис.1 Энерго-масс анализатор 1 - входной узел, 2 3 - нижняя и верхняя пластины энергоанализатора 4-коллектор 5 пролетная труба 6-детектор

1. Временной характер потока ионов

В результате измерений потока ионов для одной выделенной энергии был выявлен пичковый характер потока. Ионы выбрасываются дуговой плазмой интенсивными пучками с характерным временем появления 200-500нс. Не существует постоянного (непрерывного ) потока. Рис.2 Разные зарядовые фракции выбрасываются в одно время, причем зарядовый состав меняется от выброса к выбросу. Наибольший всплеск ионного потока приходится на окончание действия дуги.



Рис.2 Поток ионов Mo при токе 20А и энергии 42эВ

2. Формирование спектра ионов

Следствием пичкового характера потока ионов является механизм формирования результирующего (стационарного ) энергомассового спектра ионов. При проведении высокоскоростных замеров энергомассового спектра, когда время сканирования анализатора по энергиям составляло единицы микросекунд отделные измерения спектров представляли собой "рваные" кривые - совокупность интенсивных выбросов. При усреднении единичных спектров проявлялась гладкая общеизвестная колоколообразная форма. Исходя из этих измерений , совместно с измерениями временного характера потока можно говорить, что каждый конкретный выброс имеет собственный энергомассовый состав, а публиковавшиеся ранее спектры ионов имеют смысл лишь как усредненные спектры по большому времени измерения.

3. Поток ионов на поверхность катода

Используя в качестве катода тонкую прожигаемую разрядом пленку, удалось измерить характеристики потока ионов на катодную поверхность. Энергомассанализ показал наличие ускоренных 1,2,3-х кратно заряженных ионов с энергиями сопоставимыми с энергиями ионов в сторону от катода Измерение тока на заземленный зонд , находящийся под катодной пленкой показал наличие интенсивных выбросов ионного тока, строго соответствующих локальным падениям тока разряда.

Исследования потока электронов

1. Наличие высокоэнергетичной компоненты в спектре электронов.

При проведении анализа электронного энергетического спектра была обнаружена группа электронов с энергиями существенно превышающими напряжение горения в дуге. Разброс энергий высокоэнергетичной компоненты составляет примерно 10 -15 эВ.

2. Временные исследования ановальных электронов

При помощи метода задерживающего потенциала были проведены временные исследования электронного потока из области вакуумной дуги. Были использованы два энергоанализатора, расположенные под разными углами к катодной поверхности и настроенные на энергии выше падения напряжения на дуге. Исследования выявили следующие особенности потока электронов: поток электронов представляет собой последовательность интенсивных пиков с хароактерным временем следования 200-500нс, поток электронов резко направлен по нормали к катодной поверхности, причем положение анода роли не играет. Электроны выбрасываются синхронно в разных направлениях (не существует узконаправленных струй), самый большой всплеск потока приходится на окончание действия дуги.

Рис.3 Поток ускоренных электродов Напряжение задержки -60эВ Время - 100нс на деление, напряжение 10В на деление , ток 1А на деление