Кольцевой ионный диод с магнитной самоизоляцией

Представлены результаты исследования процесса генерации импульсного ионного пучка гигаватной мощности, формируемого диодом с взрывоэмиссионным потенциальным электродом в режиме магнитной самоизоляции. Исследования проведены на ускорителе ТЕМП-4М в режиме формирования двух импульсов – первый отрицательный (300–500 ns, 100–150 kV) и второй положительный (150 ns, 250–300 kV). Плотность ионного тока 20–40 A/cm$^2$, состав пучка – протоны и ионы углерода. Для увеличения эффективности генерации ионного тока предложена кольцевая геометрия диода. Показано, что в диоде новой конструкции происходит эффективное плазмообразование на всей рабочей поверхности графитового потенциального электрода. В течение генерации ионного пучка выполняется условие магнитной отсечки электронов по всей длине диода ($B/B_{\mathrm{cr}}\ge$ 3). Но из-за высокой скорости дрейфа время нахождения электронов в анод-катодном зазоре составляет 3–5 ns, а время ускорения ионов углерода C$^+$ превышает 8 ns. Это указывает на низкую эффективность магнитной изоляции в диоде выбранной конструкции. В то же время экспериментально обнаружено, что в течение генерации ионного тока (второй импульс) происходит подавление электронной компоненты полного тока в 4–5 раз. Предложен новый механизм ограничения эмиссии электронов, объясняющий процесс снижения величины электронной компоненты полного тока в кольцевом диоде с магнитной самоизоляцией.