Техника - молодёжи 2007-05, страница 7

поучительная для молодых исследователей. Итак, мы занимались исследованиями импульсных электрических процессов в вакууме. Причем перед нами стояла задача получения электрических импульсов длительностью в наносекунды (10 ⁵ с) и мощностью — в тераватты (10¹- Вт.). Это масштаб мощности всех электростанций мира, вместе взятых, за очень короткое время.

В 60-х гг. возникла потребность в получении таких импульсов в связи с созданием лазеров, источников микроволнового и рентгеновского излучения, а также развитием импульсного термоядерного синтеза. Еще одно очень важное направление использования таких огромных мощностей — возможность уйти от испытания атомного оружия. Для этого необходимы стенды, на которых можно испытывать оборудование на стойкость к воздействию мощного электромагнитного и рентгеновского излучений.

Когда мы научились получать мощные наносекундные электрические импульсы, возникла идея создать новые ускорители и перевести эту энергию в энергию электронных пучков. Существует много типов мощных ускорителей, с энергией единичных электронов — сотни гигаэлектрон-вольт, но со слабым током — несколько микроампер и даже наноампер. Мы же разрабатывали ускорители с небольшой энергией (мегаэлектрон-вольты), у которых ток в электронных пучках достигал миллиона ампер.

Получить такие огромные токи можно при автоэлектронной эмиссии — извлечении электронов с поверхности катода под действием очень высокого электрического поля. При этом плотность тока электронов сильно возрастает с ростом величины электрического поля на поверхности катода. Но из-за колоссальной зависимости напряженности поля от плотности тока автоэлектронную эмиссию использовать весьма трудно, поскольку она неустой чива. Даже при малом изменении напряженности поля катод (а в качестве катода использовалось тонкое острие) расплавляется, и при этом возникает электрическая дуга. Так что этот тип эмиссии был признан бесперспективным, и исследования в этой области прекратились.

Но нам захотелось узнать, что же происходит за время между тем моментом, когда автоэлектронная эмиссия еще существует и до того, как появляется дуга. Ведь именно в это короткое время можно получать ток электронов до миллиона

ампер. Оказалось, когда происходит перегрев катода, из-за гигантских плотностей тока (10⁸ — 10⁵ А /см~) имеет место не оплавление, а взрыв металла. Этот взрыв мы смогли сфотографировать с экспозицией порядка наносекунды. Оказалось, что при взрыве образуется плазма. Из этой плазмы идет очень большой ток в 100 А с одного острия. Используя 10 000 остриев, можно получить ток 10⁶А. Я назвал это явление взрывной электронной эмиссией, сокращенно ВЭЭ (рис. 1).

Использование импульсной энергетики и явления ВЭЭ позволило создать новое направление в науке — сильноточную электронику, разработать совершенно новый класс ускорителей — импульсных, с большой мощностью. Первый советский ускоритель такого класса был создан в 1967 г. в Томском политехническом институте. Позднее мы научились преобразовывать энергию электронных пучков в энергию электромагнитного и лазерного излучения. Удалось увеличить мощность СВЧ-приборов и лазеров в тысячи раз. За открытие взрывной электронной эмиссии в 1978 г. я был удостоен Государственной премии СССР, а в 1990 г. — Международной премии имени У. Дайка.

Обратите внимание на то, что это первое открытие было сделано на основе тех разработок, которые считались исчерпанными, и ими никто уже не занимался. Я говорил

тогда, что мы получили уникальные результаты буквально из «отходов научного производства», что называется, «нашли в мусоре», Так что и в хорошо изученных явлениях можно найти что-то абсолютно новое. Хочу посоветовать молодым исследователям: стремитесь понять непонятое, не поленитесь перелистать старые страницы, перечитать их, и тогда вы сможете отыскать в хорошо известных строках новый смысл.

— Ив дальнейшем Вам это удавалось?

— Представьте, и не раз. Вот, например, какие интересные результаты удалось получить при поиске областей использования электронных пучков на базе ВЭЭ.

Чтобы такие приборы работали на базе ВЭЭ с большой частотой следования импульсов, необходимо было научиться быстро прерывать протекание тока в цепи. Десятки лет ученые пытались найти эффективные способы быстрого обрыва тока, но получить большое число импульсов за секунду не удавалось. Мы в Екатеринбурге нашли нетривиальное решение этой проблемы, используя обычные полупроводниковые выпрямители.

Объясню, каким образом. Для того чтобы синусоидальный ток преобразовать в постоянный, используют выпрямители полупроводникового типа. Но у них есть дефект — иногда выпрямление тока происходит не до конца — часть его продолжает течь в обратном направлении. В результате происходит перенапряжение в сети и выход электроприборов из строя. По-английски это называется «река-вери эффект». Так вот, мы взяли отечественные диоды с сильным «ре-кавери эффектом» и пропустили синусоидальный ток с микросекундным периодом, вместо применяемого в обычной энергетике милли-секундного. В результате получили обрыв тока в максимуме его обратной полуволны. При этом время

обрыва равно наносекунде, частота следования импульсов 10⁴ Гц, напряжение — до миллиона вольт, а средняя мощность — сотни киловатт. Это явление мы назвали СОС-эффектом — от английского — «се-микондактор опенинг свитч». Была создана его теория, а затем разработаны специальные диоды с ноу-хау нашего института. Сейчас на базе СОС-эффекта работают импульсные приборы для электронных пучков, источников плазмы, рентгеновского излучения, лазеров и источников СВЧ большой могцно-

Рис. 1. Формирование интенсивного электронного потока в вакуумном промежутке при переходе автоэлектронной эмиссии (АЭЭ) в режим взрывной электронной эмиссии (ВЭЭ)

Вакуумный иромеж\ юк

анод

усиление ноля - 10 В/см ток Л')')

ток В )Э

Однородное

Г.-пше катод

микрорельеф

плазма

www.tm-magazin ,ru 5