Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур

Показано, что энергии электронов, эмитируемых с параллельных электродов диодного промежутка автоколебательной системы ВЧ-СВЧ единичной резонаторной ячейки, определяются не только амплитудой и фазой возбуждаемого в данный момент полупериода напряжения, но и динамической добротностью ячейки Q. При Q &...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Радіофізика та електроніка
Date:	2011
Main Author:	Лобзов, Л.Д.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2011
Subjects:	Вакуумна та твердотільна електроніка
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78044
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур / Л.Д. Лобзов // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 1. — С. 70-76. — Бібліогр.: 28 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859806843655684096
author	Лобзов, Л.Д.
author_facet	Лобзов, Л.Д.
citation_txt	Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур / Л.Д. Лобзов // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 1. — С. 70-76. — Бібліогр.: 28 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Радіофізика та електроніка
description	Показано, что энергии электронов, эмитируемых с параллельных электродов диодного промежутка автоколебательной системы ВЧ-СВЧ единичной резонаторной ячейки, определяются не только амплитудой и фазой возбуждаемого в данный момент полупериода напряжения, но и динамической добротностью ячейки Q. При Q >> 1, в начальной части полупериода, когда мгновенные значения амплитуд напряжений малы, конечные энергии ускоренных первичных электронов, падающих на противоположный электрод и передающих приобретенную энергию его внутренним электронам, также малы. При этом вторично-электронные (ВЭ) эмиссионные свойства облучаемого электрода характеризуются коэффициентом ВЭ-эмиссии δ, как максимальные с δ > 1. В последующей части полупериода значения указанных амплитуд напряжений и, соответственно, энергии ускоренных первичных электронов, передаваемые внутренним электронам этого электрода, больше начальных. Его ВЭ эмиссионные свойства характеризуются коэффициентом δ, как обычные с δ < 1. Падение добротности контура до Q ~ 10...1 приводит к сужению интервала фаз и диапазона малых энергий первичных электронов в начальной части полупериода напряжения. При этом энергии, передаваемые внутренним электронам противоположного электрода в течение всего полупериода времени, характеризуют его ВЭ эмиссионные свойства как обычные с коэффициентом ВЭ-эмиссии δ < 1. It is shown, that energies of the electrons emitted from surfaces of electrodes of the diode gap unit resonator cell, are spotted not only amplitude and a phase of the voltage enclosed at this moment, but also dynamic quality factor of cell Q. At Q >> 1, in an initial part of a half-period of a voltage when the instantane- ous values of its amplitudes are small, terminating energies of the accelerated primary electrons transmitted other electrode, also are small. Thus its secondary electron emission properties caused by specified quantities of energies, are characteristic by coefficient of secondary electron emission δ more unities (δ > 1). In the subse- quent part of a half-period of a voltage, the instantaneous values of its amplitudes and, accordingly, energies of the accelerated prima- ry electrons, more initial. And secondary electron emission proper- ties of electrodes are characterized by coefficient δ less unities ( δ < 1). Change of a quality factor of a contour from Q >> 1 to Q ~ 10…1 leads to essential waist of an interval of phases and a gamut of small energies of primary electrons in an initial part of a half-period of time. Thus the energies transmitted other electrode, characterized in the whole its secondary electron emission properties as δ < 1. Показано, що енергії електронів, емітованих з електродів діодного проміжку автоколивальної ВЧ-НВЧ одиничної резонаторної комірки, визначаються не тільки амплітудою й фазою збудженої в цей момент напруги, але й динамічною добротністю комірки Q. При Q >> 1, у початковій частині півперіоду напруги, коли миттєві значення амплітуд малі, кінцеві енергії прискорених первинних електронів, що па- дають на протилежний електрод і передають придбану енергію його внутрішнім електронам, також малі. Водночас вторинно-електронні (ВЕ) емісійні властивості цього електрода характеризуються коефіцієнтом ВЕ-емісії δ, як максимальні з δ > 1. У подальшій частині півперіоду напруги значення вказаних амплітуд і, відповідно, енергії прискорених первинних електронів, що передаються внутрішнім електронам опромінюваного електрода, більші за початкові. Його ВЕ емісійні властивості характеризуються коефіцієнтом δ, як звичайні з δ < 1. Зменшення добротності контуру до Q ~ 10...1 призводить до звуження інтервалу фаз і діапазону малих енергій первинних електронів у початковій частині півперіоду напруги. Енергії, які передаються внутрішнім електронам протилежного електрода протягом всього півперіоду часу, характеризують його ВЕ емісійні властивості як звичайні з δ < 1.
first_indexed	2025-12-07T15:16:29Z
format	Article
fulltext	ВВААККУУУУММННАА ТТАА ТТВВЕЕРРДДООТТІІЛЛЬЬННАА ЕЕЛЛЕЕККТТРРООННІІККАА _________________________________________________________________________________________________________________ __________ ISSN 1028821X Радіофізика та електроніка, 2011, том 2(16), № 1 © ІРЕ НАН України, 2011 УДК 621.384.6 Л. Д. Лобзов ПАРАМЕТРЫ ВТОРИЧНО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ОДНОРОДНЫХ ВЧ-СВЧ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ РЕЗОНАТОРНЫХ СТРУКТУР Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» 1, ул. Академическая, Харьков, 61108, Украина E-mail: lobzov@kipt.ua Показано, что энергии электронов, эмитируемых с параллельных электродов диодного промежутка автоколебательной системы ВЧ-СВЧ единичной резонаторной ячейки, определяются не только амплитудой и фазой возбуждаемого в данный момент полупериода напряжения, но и динамической добротностью ячейки Q. При Q  1, в начальной части полупериода, когда мгновен- ные значения амплитуд напряжений малы, конечные энергии ускоренных первичных электронов, падающих на противоположный электрод и передающих приобретенную энергию его внутренним электронам, также малы. При этом вторично-электронные (ВЭ) эмиссионные свойства облучаемого электрода характеризуются коэффициентом ВЭ-эмиссии , как максимальные с  > 1. В после- дующей части полупериода значения указанных амплитуд напряжений и, соответственно, энергии ускоренных первичных элект- ронов, передаваемые внутренним электронам этого электрода, больше начальных. Его ВЭ эмиссионные свойства характеризуются коэффициентом , как обычные с   1. Падение добротности контура до Q  10…1 приводит к сужению интервала фаз и диапазона малых энергий первичных электронов в начальной части полупериода напряжения. При этом энергии, передаваемые внутренним электронам противоположного электрода в течение всего полупериода времени, характеризуют его ВЭ эмиссионные свойства как обычные с коэффициентом ВЭ-эмиссии   1. Ил. 4. Библиогр.: 28 назв. Ключевые слова: диодный промежуток, переменные напряжения и электрические поля, вторично-электронные процессы. Достижение во времени вторично-элект- ронных (ВЭ) разрядов в ВЧ-СВЧ резонаторных структурах с сосредоточенными или распреде- ленными элементами  это результат общих ВЭ-процессов между параллельными электрод- ными поверхностями их полезных диодных про- межутков при приложенных переменных напря- жениях и электрических полях [17]. Общие характеристики ВЭ-процессов, как известно (рис. 1), базируются на эксперименталь- ной зависимости коэффициента ВЭ-эмиссии ми- шени )(W , внутренним электронам которой в течение произвольного времени t первично падающими электронами передаются энергии раз- ных величин W, регулируемые величиной ускоря- ющего напряжения внешнего постоянного источ- ника. При этом предполагается, что инерционность ВЭ-процессов (интервал времени  между входом в мишень первичного электрона и готовностью вы- хода вторичного электрона при наличии напряже- ния на коллекторе) составляет для металлов величи- ну не меньше чем 10 14 …10 15 с [810]. Из зависимости )(W следует, что изме- нение в течение произвольной длительности вре- мени малых энергий первичных электронов от W1 до W2 характеризует ВЭ эмиссионные свойства мишени как максимальные с )(W > 1. За преде- лами указанного диапазона энергий первичных электронов, т. е. при W < W1 и W > W2, эмиссион- ные свойства мишени характеризуются как обыч- ные с )(W < 1. Диапазоны изменения вели- чин )(W отмечены фигурными скобками и обо- значены цифрами II и I (рис. 1). Из этой же зави- симости следует, что исследование ВЭ эмиссион- ных свойств мишени может осуществляться и в обратном порядке – при изменении в течение произвольной длительности времени величин энергий первичных электронов от максимальных величин. Рис. 1. Экспериментальная зависимость коэффициента ВЭ- эмиссии мишени от энергий первичных электронов W, изме- няющихся от минимальных величин в течение произвольного времени Такой анализ приводит к следующим утверждениям. Облучение мишени первичными электронами с энергиями, автоматически изменя- ющимися в течение сверхкороткой длительности полупериода времени Т/2  (0,5∙10 6 ...0,5∙10 10 с) при сохранении соотношения Т/2  , может также характеризовать ее ВЭ эмиссионные свой- ства вышеуказанной зависимостью. Изменение ВЭ эмиссионных свойств мише- ни, облучаемой в течение указанного времени первичными электронами малых и больших вели- чин энергий (но при достаточно большом числе отдельных актов взаимодействия электронов пер-  1 0 W1 W2 W, эВ II I mailto:lobzov@kipt.ua Л. Д. Лобзов / Параметры вторично-электронных… _________________________________________________________________________________________________________________ 71 вичного пучка с мишенью [9]), не зависят от по- рядка их передачи ее внутренним электронам. Элементарная теория [1114] ВЭ-процессов между двумя параллельными электродными по- верхностями изолированного диодного промежут- ка при подключенном внешнем ВЧ-источнике и условном числе введенных упрощающих предпо- ложений подтвердила, что условия малых энергий первичных электронов обеспечиваются при малых величинах прилагаемых синусоидальных напря- жений. Однако интервалы фаз, когда величины энергий первичных электронов остаются малыми или большими в течение полупериода времени, в этой теории не указаны. В связи с этим и предва- рительные ВЭ эмиссионные свойства облучаемого электрода не могут быть точно известны. Но при разработке такой теории авторы не претендовали на полноту информации о про- исходящих физических процессах, поскольку учитывали отдельные экспериментальные дан- ные, заимствованные при изучении высокоча- стотных пробоев в газах. При этом полученные ими результаты рекомендовались как полуэмпи- рические соотношения для оценки некоторых параметров пробоя. Полуэмпирический подход в теории ВЭ- процессов в ВЧ-СВЧ электрических полях диод- ных промежутков часто повторяется и уточняется в других работах [1517], основной целью кото- рых является нахождение способов подавления максимальных ВЭ эмиссионных свойств электро- дов с )(W  1. На практике подавление развития нежелательных ВЭ-процессов, сопровождаемых размножающейся эмиссией числа вторичных элек- тронов во времени до разрядных величин, во мно- гих случаях подбирается экспериментально [1820]. Более полные характеристики указанных ВЭ-процессов при предположениях, введенных в ранней элементарной теории, рассмотрены в мо- дели диодного промежутка в составе автоколеба- тельной системы (АС) [5] ВЧ-СВЧ единичной резонаторной ячейки, динамическая добротность которой может изменяться от значения 1 до 157 и более [21]. При этом основное внимание полу- ченным здесь результатам уделялось лишь в части полупериода времени, что затруднило понимание полученных теоретических результатов и экспе- риментальных данных. В соответствии с этим важность параметров указанных процессов в тече- ние всего полупериода времени стала актуальной. Целью работы является определение в те- чение каждого полупериода ВЧ-СВЧ-напряжения, приложенного к диодному промежутку единичной резонаторной ячейки c Q0  1, энергий первич- ных электронов, величины которых характеризу- ют предварительные ВЭ эмиссионные свойства электродов. 1. Модель. Модель для теоретического рассмотрения ВЭ-процессов в электрических по- лях ВЧ-СВЧ резонаторных структур, представля- ющая собой АС единичной резонаторной ячейки, эквивалентной одиночному резонансному контуру [5], с ВЭ эмиссионными свойствами ее элементов приведена на рис. 2. Рис. 2. Электрическая схема АС ВЧ-СВЧ единичной резона- торной ячейки, эквивалентной одиночному резонансному контуру, при ВЭ-процессах между электродами емкости Сk Здесь одиночный резонансный контур является источником ВЧ-СВЧ переменных напря- жений, образующих между электродами емкос- ти Ck, расположенных на расстоянии d, однород- ные электрические поля. Полярность этих полей в течение длительности периода времени Т меняет- ся дважды. При заданной полярности электриче- ское поле для электронов, находящихся на одной из электродных поверхностей промежутка, явля- ется ускоряющим, а для таких же электронов про- тивоположного электрода это поле является тормо- зящим и не позволяет им выйти наружу. В течение каждого полупериода времени Т/2 с одного из электродов происходит начало и окончание эмис- сии электронов, которые облучают противополо- жный электрод и передают приобретенные энер- гии его внутренним электронам. В течение сле- дующего полупериода времени указанная эмиссия электронов повторяется в обратном направлении между электродами. При этом общие параметры ВЧ-СВЧ-напряжений АС определяются не только собственными значениями активных и реактив- ных элементов контура, но и их динамическим состоянием. В этих условиях выражения для напряже- ний и частоты контура могут быть записаны как [22]    ;sin 1 2 нн эр л эр осу 0 0           teUtU t R R R R KK Q k М (1) ,1 4 1 1 2 эр л эр осу2 0 0        МR R R R KK Q  (2) где Uнн,  – начальные амплитуда и фаза нараста- ющих напряжений; T/20   – резонансная S, RЛ Cбл М Lk RП Uc RМ Ck E E e– d Uk (t) + – Л. Д. Лобзов / Параметры вторично-электронных… _________________________________________________________________________________________________________________ 72 частота контура; 2/1)(2 kkCLT  – длительность периода времени; п,, RLC kk – емкость диодного промежутка, индуктивность и активное сопротив- ление; Q0 – собственная добротность невозму- щенного контура; пэр / RCLR kk – эквивалентное резонансное сопротивление; S, Rл – крутизна и внутреннее сопротивление электронной лампы; эру SRK  – коэффициент усиления напряжений; М – величина взаимоиндукции, определяющая параметры положительной обратной связи конту- ра и лампы; kLMK /ос  – коэффициент обратной связи; RМ – дополнительное сопротивление, воз- никающее при многократно повторяющихся про- цессах эмиссии вторичных электронов во време- ни, могущих достигать ВЭ (мультипакторных) разрядов между электродами диодного промежутка. В отсутствие электронного замыкания электродов 0 < RМ < ∞, что приводит лишь к уве- личению активных потерь контура. При достиже- нии электронном замыкании электродов RМ  0, а параметры промежутка и резонансного контура резко изменяются [23]. Однако наличие размно- женной эмиссии числа вторичных электронов, достигших ВЧ-разряда, указывает на то, что гене- рация ВЧ-СВЧ-напряжений АС сохраняется. Из формулы (1) следует, что выражение в квадратных скобках множителя экспоненты может характеризовать как нарастание напряжений в ячей- ке, так и их спад. При этом параметры выходных напряжений АС полностью зависят от величины сопротивления RМ и характеристик элементов, опре- деляющих динамическую добротность ячейки как ].1///[ эрлэросу0  МRRRRKKQQ Из фор- мулы (2) также очевидно, что для резонаторных структур с высокой собственной добротностью Q0 изменение частоты генерируемых напряжений незначительно. 2. Энергии электронов, ускоренных в экспоненциально нарастающих электрических полях и напряжениях диодного промежутка авто- колебательной ВЧ-СВЧ резонансной ячейки в отсутствие электронного замыкания электродов. Энергии первичных электронов, при взаимодей- ствии с экспоненциально нарастающими синусои- дальными электрическими полями одного полу- периода, в каждый момент их пролета между электродами, разнесенных на расстоянии d, опре- делим с помощью уравнения движения [13], запи- сываемого при сохранении знака «+» в показателе экспоненты (1), как  ,sinн нп2 2   teEe dt xd m t (3) где x отсчитывается от электрода, эмитирующего электроны, а коэффициент Q2н   и ].1///[ эрлэросу0  МRRRRKKQQ при осSK МRRR /1/1/1 эрл  ; Енп – напряженность экспо- ненциально нарастающих во времени однородных электрических полей между электродами проме- жутка;  – фаза поля, изменяющаяся в связи с выбором начала отсчета времени для старта эми- тируемых электронов [24]. Поскольку движение электронов от элект- рода с нулевым потенциалом начинается при ско- ростях, близких к нулю, то конечные энергии каж- дого из них будут определены тогда, когда будет пройдено расстояние, определяющее разность по- тенциалов между электродами. Это так же, как и в случае отдельного электрона, стартующего с ну- левой начальной скоростью при перемещении из точки с нулевым потенциалом в точку с потенци- алом U, неизменном в течение времени их взаи- модействия: W  eU [25]. Интегрируя уравнение (4) дважды [26], для длины этого пути получаем          ,sin 2sin2sin 22 н нп 22 н нп н t E m e te E m e x t             (4) где н/arctg   – угол дополнительного сдвига фаз электрических полей, обусловленный возник- новением нежелательных ВЭ-процессов, величи- на которого для высокодобротных структур близ- ка к 90 (  90). Искомое расстояние найдем с учетом гра- ничных условий (при t  0 начальные координаты возбужденных электронов равны x  0; при t  Т / 2 координаты всех вторичных электронов, эмитиро- ванных с одного электрода и переместившихся на другой, равны x  d ). Выражая разность потен- циалов через величину напряжения Uнн на другом электроде как Uнн  Eнпd и исходя из известных соотношений для параметров автоколебательной ячейки в конце полупериода времени через дина- мическую добротность Q ( ;2/н Qt   ;2/ н Q Q2arctg/arctg н   ), получаем     .2arctg2sin 2 1 1 1 2arctgsin 2 1 1 2 2 22 нээ                                       Q Q e Q Q d U m e d Q (5) Л. Д. Лобзов / Параметры вторично-электронных… _________________________________________________________________________________________________________________ 73 Обозначив соотношение в фигурных скобках как G(, Q), получим аналитическое вы- ражение, связывающее основные параметры элек- тронов, переместившихся в течение полупериода нарастающего ВЧ-СВЧ-напряжения с одного электрода на другой:      ., 2 нн dmQGeU   (6) Поскольку длина диодного промежутка является действительной величиной, а потери в колебательном контуре также характеризуются реальным значением Q > 0, то обеспечение полу- ченного равенства возможно тогда, когда G(, Q)  0, т. е. является модулем своей величины. Следует отметить, что величины eUнн яв- ляются значениями потенциальных энергий уско- ренных электронов при текущих фазах  пере- менного электрического поля Wпот  eUнн. Так как параметр диодного промежутка d имеет размер- ность скорости, усредненной за полупериод вре- мени 2T d d   , то здесь уместно ввести в рас- смотрение величину Wкин  m ( d) 2 /2, характери- зующую минимальное значение кинетической энергии электронов, пролетающих одно и то же расстояние d. Вводя также в рассмотрение отношение указанных величин как 2 )( 2 нн1 dm eU    , по- лучаем зависимость энергий электронов от фаз текущего полупериода времени и динамической добротности ячейки Q    .,2 1 1   QG  (7) На рис. 3 представлены графические за- висимости 1, Q, отображающие приобретен- ные энергии первичных электронов, передавае- мые внутренним электронам другого электрода в течение полупериода фаз   0…180 при фик- сированных величинах динамической добротно- сти контура Q. При Q  1 верхнему порогу малых энер- гий первичных электронов 1вп  0,636 соответ- ствуют значения фаз 0, 65, 180. Нижнему поро- гу 1нп  0,536 соответствующая фаза равна   32,5. Максимальным величинам энергий электронов 1 соответствует асимптота при   122,5. Эти значения фаз постоянны в каждом полупериоде времени и разграничивают величи- ны малых и больших энергий электронов. Малое отличие энергий ускоренных элект- ронов в диапазоне 0,536  1  0,636 при Q  1 позволяет считать их почти одинаковыми. Неза- висимо от того, до каких значений увеличи- ваются энергии первичных электронов в течение полупериода времени, в его начальной части ВЭ эмиссионные свойства облучаемого электрода характеризуются как  (1)  1, а в оставшейся части полупериода – как  (1)  1. На графике диапазоны изменения  (1), аналогично извест- ной экспериментальной зависимости  (W), отоб- ражены фигурными скобками и цифрами II и I. Из рис. 3 также следует, что ВЭ эмисси- онные свойства электродов с коэффициентом  (1)  1 определяются диапазоном малых энер- гий первичных электронов и начальным интервалом фаз полупериода. В области верхнего порога 1вп интервал фаз первичных электронов почти рав- ных малых энергий составляет ~1/3 T/2 (65). Рис. 3. Зависимости энергий первичных электронов от фаз полупериода нарастающих ВЧ-СВЧ-напряжений АС единич- ной резонаторной ячейки c фиксированной добротностью Q: 1  Q  157; 2  Q  10; 3  Q  3,14; 4  Q  1,57; 5  Q  1; 6  Q  0,6 Можно полагать, что в этих условиях ВЭ эмиссионные свойства электродов могут быть максимальными в каждом полупериоде времени. Падение добротности ячейки до Q  10…1 приводит к сужению диапазона порогов энергий ускоренных первичных электронов 1  1вп –  1нп, уменьшающегося до нуля Ниже порога, определяемого значениями   0, 1нп  1вп  0,2 при Q  0,6 ВЭ эмиссионные свойства электродов обычны. Зависимости энергий первичных элект- ронов от фаз полупериода имеют минимумы и мак- симумы, определяя условия развития ВЭ-процес- сов, описываемых выражением (7). При этом ве- личина динамической добротности ячейки Q яв- ляется мерой изменения соотношения между их устойчивостью (d1/d  0) и неустойчивостью (d1/d  0 без модуля). 3. Энергии электронов, ускоренных в экспоненциально спадающих электрических полях и напряжениях диодного промежутка ав- токолебательной ВЧ-СВЧ резонансной ячейки при электронном замыкании электродов. Энер- гии первичных электронов при их взаимодей- 1 1,2 1 0,8 0,636 0,536 0,4 0,2 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 ,  II I I 32,5 122,5 90 1 3 2 4 1 6 6 5 Л. Д. Лобзов / Параметры вторично-электронных… _________________________________________________________________________________________________________________ 74 ствии с экспоненциально спадающими синусои- дальными полями диодного промежутка при электронном замыкании электродов идентичны рассмотренному выше случаю. В указанной АС они могут быть рассмотрены как при отключении энергетического источника (S  0, Rл  ∞), когда автоколебательные напряжения контура спадают от максимальных величин, а коэффициент ВЭ эмиссионных свойств электродов изменяется от   1 до   1 [27]. При этом уравнение движе- ния электронов запишется как  ,sinс сп2 2    teeE dt xd m t (8) где коэффициент спада ,2/c Q  а   МRRQQ эр0 1 – динамическая доброт- ность контура с мультипакторными свойствами его элементов. Все другие параметры аналогичны обозначениям, введенным в разд. 1 и 2. Интегрируя уравнение (8) дважды с уче- том упомянутых ранее граничных условий для всех электронов (при t  0, x  0 и при t  Т/2, x  d) и вытекающими соотношениями для спа- дающих амплитуд напряжений Uсн  Еспd и пара- метров ячейки, выраженных также через динами- ческую добротность Q (с t   /2Q;  /с  2Q;   arctg  /с  arctg 2Q и при Q  10   90°), получаем     .2arctg2sin 2 1 1 1 2arctgsin 2 1 1 2 22 сн                                         Q Q e Q Q d U m e d Q (9) Обозначая выражение в фигурных скоб- ках взятой по модулю величиной Ф Q, для энергий электронов, приобретаемых в каждый момент фаз  и фиксированных величинах дина- мической добротности ячейки Q, получаем      .,Ф 2 сн dmQeU   (10) Вводя в рассмотрение величину 2 как 2 )( 2 cн2 dm eU    , из выражения (10), как и в нарастающих полях, получаем зависимости энер- гий электронов от фаз полупериода времени и добротности ячейки Q:    .,Ф2 1 2   Q (11) На рис. 4 представлены графические зави- симости 2, Q в течение полупериода фаз   0…180, аналогичные 1, Q. При Q  10…157 в интервале фаз 0    65° величины мини- мальных энергий электронов, характеризующих ВЭ эмиссионные свойства электродов диодного промежутка как  (2)  1, находятся в диапазоне нижнего 2нп  0,536 и верхнего порога 2вп  0,636. За пределами указанных диапазонов  (2)  1. Диапазоны изменения  (2) на графике отображены фигурными скобками и цифрами II и I. Улучшение добротности ячейки от Q  1 до Q  10…157 приводит к смещению фазы поля в сторону фазы   32,5° и достижению наиболь- шего диапазона энергий электронов, минимально отличающихся по величине (Δ2  2вп – 2нп   0,636 – 0,536  0,1). Однако, в отличие от ВЭ-процес- сов, получающих энергию от энергетического источ- ника, ВЭ эмиссионные процессы при расходова- нии энергии, запасенной в ячейке, не возникают ниже порога величин энергий первичных элект- ронов 2нп  0,536 и фазе   32,5° (  0°). Рис. 4. Зависимости энергий первичных электронов от фаз полупериода спадающих ВЧ-СВЧ-напряжений АС единич- ной резонансной ячейки с фиксированной добротностью Q: 1  Q  157; 2  Q  10; 3  Q  3,14; 4  Q  1,57; 5  Q  1; 6  Q  0,6 Наличие у кривых рис. 4 минимумов и максимумов величин энергий электронов, описы- ваемых выражением (11), также указывает на устойчивость рассматриваемых процессов в начальной части полупериода времени и их не- устойчивость в оставшейся его части. Выводы. Теоретически показаны зависи- мости энергий первичных электронов 1 и 2, характеризующих коэффициент ВЭ-эмиссии  (1) и  (2) каждого из электродов диодного промежут- ка единичной резонаторной ячейки с динамиче- ской добротностью Q в текущих полупериодах ВЧ-СВЧ электрических полей и напряжений. Доказано, что параметры ВЭ-процессов в ВЧ-СВЧ однородных электрических полях еди- ничной резонаторной ячейки, динамическая доб- ротность которой Q  10, автоматически характе- 2 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,636 0,536 0,4 0,2 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 ,  II I I 32,5 122,5 65 1 3 2 4 1 6 6 5 Л. Д. Лобзов / Параметры вторично-электронных… _________________________________________________________________________________________________________________ 75 ризуют ВЭ эмиссионные свойства параллельных электродов как максимальные в начальной части текущих полупериодов времени и как обычные в оставшихся их частях. Из зависимостей рис. 3 и 4 следует, что при добротности ячейки Q  1 в диапазоне ниж- него 1нп  2нп  0,536 и верхнего 1вп  2вп   0,636 порогов почти равные малые величины энергий ускоренных электронов в диодном проме- жутке определяются начальным интервалом фаз от 0 до 65 каждого полупериода времени. Значе- ния фаз   0°–32,5°–65°–122,5°–180° каждого по- лупериода разграничивают диапазоны устойчиво- сти и неустойчивости ВЭ-процессов во времени. Энергетический разброс таких электронов составляет 10 % (1  2  0,636 – 0,536  0,1). При этом ВЭ эмиссионные свойства каждого из об- лучаемых электродов диодного промежутка харак- теризуются как    (1)   (2)  1, и в течение полупериода приложенных нарастающих или спадающих напряжений они более устойчивы, чем это следует из ранее полученных данных [21]. Повторение облучения электрода такими электро- нами в последующем полупериоде указанного напряжения будет сопровождаться в начальной его части увеличением эмиссии числа вторичных электронов. За пределами указанных диапазонов, энергии первичных электронов непрерывно уве- личиваются сверх верхних порогов 1вп и 2вп или уменьшаются до нижних порогов 1нп и 2нп. При этом эмиссия вторичных электронов предваритель- но облучаемых электродов характеризуется как обычная с    (1)   (2) < 1. Из проведенного рассмотрения также следует, что условия развития ВЭ-процессов между электродами диодного промежутка автоко- лебательной резонаторной ячейки зависят от ее динамической добротности. При Q  10 и более указанные условия как при нарастании напряже- ний, так и при их спаде почти совпадают из полу- периода в полупериод времени. При Q  10…1 эти условия различны. Полученные результаты для  (1) и  (2) подтверждаются экспериментальными данными, полученными в условиях управляемых ВЭ-процессов в многоячеечной однорезонаторной ВЧ-струк- туре линейного ускорителя ионов [2728]. В заключение автор выражает искреннюю благодарность доктору физико-математических наук И. И. Магде за ценные замечания и полезные консультации. 1. Berkeley Proton Linear Accelerator / L. W. Alvarez, H. Bradner, J. V. Franck et al. // Rev. Science Inst. – 1955. – 26, N 2. – P. 111133. 2. Дебанчер инжектора синхрофазотрона ОИЯИ с модуляци- ей энергии ускоренного пучка / Ю. Д. Безногих, Л. П. Зиновьев, Р. Б. Кадыров и др. // Приборы и техника эксперимента. – 1978. – № 1. – С. 3738. 3. Мультипакторный разряд в ускоряющей системе линей- ного ускорителя Московской Мезонной Фабрики / Л. В. Кравчук, В. А. Пунтус, Г. В. Романов и др. // Тр. XIII Совещания по ускорителям заряженных частиц. – Дубна, 1993. – 2. – С. 247252. 4. Puntus V. A. Multipacting in the Phase Beam Monitor at MMF / V. A. Puntus, G. V. Romanov // 6th European Particle Acce- lerator Conf. (EPAC-98): proc.  Stockholm, 1998. – P. 1583– 1585. 5. Линейные ускорители ионов: в 2 т. Т. 2. / под ред. Б. П. Мурина. – М.: Атомиздат, 1978. – 320 с. 6. Беляев О. К. Электронная нагрузка в ускорителе с ВЧК фокусировкой / О. К. Беляев, В. Б. Степанов // XVI Сове- щание по ускорителям заряженных частиц. – Протвино, 1998. – 1. – С. 228231. 7. Радиальные электронные потоки в ускоряющей структуре на Н-волне / П. А. Демченко, И. К. Ковальчук, В. В. Митро- ченко и др. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Техника физ. эксперимента. – 1986. – Вып. 2(28). – С. 31–33. 8. Шульман А. Р. Вторично-эмиссионные методы исследо- вания твердого тела / А. Р. Шульман, С. А. Фридрихов.  М.: Наука, 1977. – 551 с. 9. Бронштейн Н. М. Вторичная электронная эмиссия / Н. М. Бронштейн, Б. С. Фрайман.  М.: Наука, 1969. – 407 с. 10. Добрецов Л. Н. Эмиссионная электроника / Л. Н. Добрецов, М. В. Гомоюнова.  М.: Наука, 1966. – 407 с. 11. Мик Дж. Электрический пробой в газах / Дж. Мик, Дж. Крегс; пер. с англ. под ред. В. С. Комелькова.  М.: Иностр. лит., 1960. – 606 с. 12. Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда / С. Браун; пер. с англ. под ред. Д. А. Франк-Каменецкого.  М.: Госатомиздат, 1961. – 323 с. 13. Hatch A. J. The Secondary Electron Resonance Mechanism of Low–Pressure High–Frequensy Gas Breakdown / A. J. Hatch, H. B. Williams // J. Appl. Phys. – 1954. – 25, N 4. – P. 417–423. 14. Загер Б. А. Резонансный ВЧ разряд и возможности его подавления / Б. А. Загер, В. Г. Тишин // Журн. техн. физи- ки. – 1964. – 34, № 2. – С. 297306. 15. Vender D. Simulations of multipactor-assisted breakdown in radio frequency plasmas / D. Vender, H. B. Smith, R. W. Boswell // J. Appl. Phys. – 1996. – 80, N 8. – P. 42924298. 16. Vaughan J. Rodney M. Multipactor / J. R. M. Vaughan // IEEE Trans. on electron devices. – 1988. – 35, N 7. – P. 11721180. 17. Multipactor discharge on metals and dielectrics: Historical review and recent theories / R. A. Kishek, Y. Y. Lau, L. K Ang et al. // Physics of Plasmas. – 1998. – 5, N 5. – P. 21202126. 18. Андреев В. Г. Способ подавления мультипакторного раз- ряда / В. Г. Андреев, Д. Г. Зайдин // Приборы и техника эксперимента. – 1971. – № 3. – C. 164–165. 19. Вещерович В. Г. О подавлении вторично-электронного ВЧ разряда в вакуумированном резонаторе накопителя ВЭПП–3 / В. Г. Вещерович, В. К. Седляров, В. Д. Шеме- лин // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Лин. ускори- тели. – 1976. – Вып. 1(2). – С. 77–79. 20. Suppression of multipacting in rectangular couple waveguides / R. L Geng, H. Padamsee, S. Belomestnykh et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. – 2003. – A508. – P. 227238. 21. Лобзов Л. Д. К теории электронного мультипакторного разряда в вакуммированной ячейке линейного ускорителя / Л. Д. Лобзов, А. П. Толстолужский, Н. Г. Шулика // Вісн. Харків. нац. ун-ту. Сер. фіз. Ядра, частинки, поля. – 2005. – № 657, вип. 1(26). – С. 3646. 22. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы / И. С. Гоноровский.  М.: Наука, 1983. – 695 с. 23. Влияние мультипакторных разрядов на электродинамиче- ские параметры линейного ускорителя ионов / Л. Д. Лоб- зов, П. А. Демченко, Н. Г. Шулика и др. // Вісн. Харків. Л. Д. Лобзов / Параметры вторично-электронных… _________________________________________________________________________________________________________________ 76 нац. ун-ту. Сер. фіз. Ядра, частинки, поля. – 2003. – № 585, вип. 1(21). – С. 7884. 24. Ландау Л. Д. Теоретическая физика. Механика / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц.  М.: Наука, 1965. – 204 с. 25. Рустерхольц А. Электронная оптика / А. Рустерхольц; пер. с немец. под ред. П. И. Лукирского.  М.: Иностр. лит., 1952. – 263 с. 26. Двайт Г. Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы / Г. Б. Двайт.  М.: Наука, 1983. – 88 с. 27. Lobzov L. D. Control of Multipaction Discharges in High- QualityStructure of Linear Accelerator of Ions / L. D. Lobzov, N. G. Shulika, V. N. Belan // Telecommunications and Radio Engineering. – 2009. – 68, N 15. – P. 13691389. 28. Duration of Multipacting Processes and Discharges in the Linac of Ions / L. D. Lobzov, N. G. Shulika, O. N. Shulika et al. // Problems of Atomic Science and Technology. Ser. Nuclear Physics Investigations. – 2009. – N 5(63). – P. 154158. L. D. Lobzov PARAMETERS OF SECOND ELECTRON PROCESSES IN UNIFORM ELECTRIC FIELDS OF RF RESONATOR STRUCTURES It is shown, that energies of the electrons emitted from surfaces of electrodes of the diode gap unit resonator cell, are spotted not only amplitude and a phase of the voltage enclosed at this moment, but also dynamic quality factor of cell Q. At Q  1, in an initial part of a half-period of a voltage when the instantane- ous values of its amplitudes are small, terminating energies of the accelerated primary electrons transmitted other electrode, also are small. Thus its secondary electron emission properties caused by specified quantities of energies, are characteristic by coefficient of secondary electron emission  more unities (  1). In the subse- quent part of a half-period of a voltage, the instantaneous values of its amplitudes and, accordingly, energies of the accelerated prima- ry electrons, more initial. And secondary electron emission proper- ties of electrodes are characterized by coefficient  less unities (  1). Change of a quality factor of a contour from Q  1 to Q  10…1 leads to essential waist of an interval of phases and a gamut of small energies of primary electrons in an initial part of a half-period of time. Thus the energies transmitted other electrode, characterized in the whole its secondary electron emission proper- ties as   1. Key words: diode gap, variable voltages and electrical felds, secondary-electron processes. Л. Д. Лобзов ПАРАМЕТРИ ВТОРИННО-ЕЛЕКТРОННИХ ПРОЦЕСІВ В ОДНОРІДНИХ ВЧ-НВЧ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПОЛЯХ РЕЗОНАТОРНИХ СТРУКТУР Показано, що енергії електронів, емітованих з елек- тродів діодного проміжку автоколивальної ВЧ-НВЧ одиничної резонаторної комірки, визначаються не тільки амплітудою й фазою збудженої в цей момент напруги, але й динамічною добротністю комірки Q. При Q  1, у початковій частині півперіоду напруги, коли миттєві значення амплітуд малі, кінцеві енергії прискорених первинних електронів, що па- дають на протилежний електрод і передають придбану енер- гію його внутрішнім електронам, також малі. Водночас вто- ринно-електронні (ВЕ) емісійні властивості цього електрода характеризуються коефіцієнтом ВЕ-емісії , як максимальні з   1. У подальшій частині півперіоду напруги значення вказаних амплітуд і, відповідно, енергії прискорених первин- них електронів, що передаються внутрішнім електронам опро- мінюваного електрода, більші за початкові. Його ВЕ емісійні властивості характеризуються коефіцієнтом , як звичайні з   1. Зменшення добротності контуру до Q  10...1 призво- дить до звуження інтервалу фаз і діапазону малих енергій первинних електронів у початковій частині півперіоду напру- ги. Енергії, які передаються внутрішнім електронам протиле- жного електрода протягом всього півперіоду часу, характери- зують його ВЕ емісійні властивості як звичайні з   1. Ключові слова: діодний проміжок, змінні напруги й електричні поля, вторинно-електронні процеси. Рукопись поступила 25.11.10 г.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78044
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1028-821X
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T15:16:29Z
publishDate	2011
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
record_format	dspace
spelling	Лобзов, Л.Д. 2015-03-10T17:20:53Z 2015-03-10T17:20:53Z 2011 Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур / Л.Д. Лобзов // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 1. — С. 70-76. — Бібліогр.: 28 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78044 621.384.6 Показано, что энергии электронов, эмитируемых с параллельных электродов диодного промежутка автоколебательной системы ВЧ-СВЧ единичной резонаторной ячейки, определяются не только амплитудой и фазой возбуждаемого в данный момент полупериода напряжения, но и динамической добротностью ячейки Q. При Q >> 1, в начальной части полупериода, когда мгновенные значения амплитуд напряжений малы, конечные энергии ускоренных первичных электронов, падающих на противоположный электрод и передающих приобретенную энергию его внутренним электронам, также малы. При этом вторично-электронные (ВЭ) эмиссионные свойства облучаемого электрода характеризуются коэффициентом ВЭ-эмиссии δ, как максимальные с δ > 1. В последующей части полупериода значения указанных амплитуд напряжений и, соответственно, энергии ускоренных первичных электронов, передаваемые внутренним электронам этого электрода, больше начальных. Его ВЭ эмиссионные свойства характеризуются коэффициентом δ, как обычные с δ < 1. Падение добротности контура до Q ~ 10...1 приводит к сужению интервала фаз и диапазона малых энергий первичных электронов в начальной части полупериода напряжения. При этом энергии, передаваемые внутренним электронам противоположного электрода в течение всего полупериода времени, характеризуют его ВЭ эмиссионные свойства как обычные с коэффициентом ВЭ-эмиссии δ < 1. It is shown, that energies of the electrons emitted from surfaces of electrodes of the diode gap unit resonator cell, are spotted not only amplitude and a phase of the voltage enclosed at this moment, but also dynamic quality factor of cell Q. At Q >> 1, in an initial part of a half-period of a voltage when the instantane- ous values of its amplitudes are small, terminating energies of the accelerated primary electrons transmitted other electrode, also are small. Thus its secondary electron emission properties caused by specified quantities of energies, are characteristic by coefficient of secondary electron emission δ more unities (δ > 1). In the subse- quent part of a half-period of a voltage, the instantaneous values of its amplitudes and, accordingly, energies of the accelerated prima- ry electrons, more initial. And secondary electron emission proper- ties of electrodes are characterized by coefficient δ less unities ( δ < 1). Change of a quality factor of a contour from Q >> 1 to Q ~ 10…1 leads to essential waist of an interval of phases and a gamut of small energies of primary electrons in an initial part of a half-period of time. Thus the energies transmitted other electrode, characterized in the whole its secondary electron emission properties as δ < 1. Показано, що енергії електронів, емітованих з електродів діодного проміжку автоколивальної ВЧ-НВЧ одиничної резонаторної комірки, визначаються не тільки амплітудою й фазою збудженої в цей момент напруги, але й динамічною добротністю комірки Q. При Q >> 1, у початковій частині півперіоду напруги, коли миттєві значення амплітуд малі, кінцеві енергії прискорених первинних електронів, що па- дають на протилежний електрод і передають придбану енергію його внутрішнім електронам, також малі. Водночас вторинно-електронні (ВЕ) емісійні властивості цього електрода характеризуються коефіцієнтом ВЕ-емісії δ, як максимальні з δ > 1. У подальшій частині півперіоду напруги значення вказаних амплітуд і, відповідно, енергії прискорених первинних електронів, що передаються внутрішнім електронам опромінюваного електрода, більші за початкові. Його ВЕ емісійні властивості характеризуються коефіцієнтом δ, як звичайні з δ < 1. Зменшення добротності контуру до Q ~ 10...1 призводить до звуження інтервалу фаз і діапазону малих енергій первинних електронів у початковій частині півперіоду напруги. Енергії, які передаються внутрішнім електронам протилежного електрода протягом всього півперіоду часу, характеризують його ВЕ емісійні властивості як звичайні з δ < 1. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Вакуумна та твердотільна електроніка Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур Parameters of second electron processes in uniform electric fields of PF resonator structures Параметри вторинно-електронних процесів в однорідних ВЧ-НВЧ електронних полях резонаторних структур Article published earlier
spellingShingle	Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур Лобзов, Л.Д. Вакуумна та твердотільна електроніка
title	Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур
title_alt	Parameters of second electron processes in uniform electric fields of PF resonator structures Параметри вторинно-електронних процесів в однорідних ВЧ-НВЧ електронних полях резонаторних структур
title_full	Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур
title_fullStr	Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур
title_full_unstemmed	Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур
title_short	Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур
title_sort	параметры вторично-электронных процессов в однородных вч-свч электрических полях резонаторных структур
topic	Вакуумна та твердотільна електроніка
topic_facet	Вакуумна та твердотільна електроніка
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78044
work_keys_str_mv	AT lobzovld parametryvtoričnoélektronnyhprocessovvodnorodnyhvčsvčélektričeskihpolâhrezonatornyhstruktur AT lobzovld parametersofsecondelectronprocessesinuniformelectricfieldsofpfresonatorstructures AT lobzovld parametrivtorinnoelektronnihprocesívvodnorídnihvčnvčelektronnihpolâhrezonatornihstruktur

Параметры вторично-электронных процессов в однородных ВЧ-СВЧ электрических полях резонаторных структур

Institution

Similar Items