Разработка и исследование катодных узлов сильноточных плазменных устройств
3
ни одной из них нельзя было отдать предпочтение. В конечном счете
было экспериментально установлено, что в многостержневых катодах
полости, имеющие в сечении треугольную форму, в результате износа
и перераспределения материала эмиттера превращаются в отверстия
округлой формы, изменяя рабочую поверхность эмиттера. При даль-
нейшей работе катода полости на рабочем торце сливаются и на от-
дельном стержне образуется почти правильный конус высотой около
трех диаметров стержня. Такая характерная выработка позволила гео-
метрически моделировать износ катода при длительной работе. Были
изготовлены катоды с набивкой из стержней, предварительно механи-
чески заостренных в виде конуса. Испытания таких «искусственно со-
старенных» катодов показали незначительное отличие их рабочих ха-
рактеристик от катодов с набивкой из цилиндрических стержней, что
позволило экстраполировать во времени полученные зависимости и
прогнозировать ресурс катода [3].
В результате проведенного исследования было доказано, что силь-
ноточный катод должен быть термоэмиссионным, многополостным, с
равномерным распределением рабочего вещества по полостям, при
этом полости должны иметь округлую или щелевую конфигурацию.
Для обеспечения высокого ресурса эмиттер катода должен быть доста-
точно массивным, поэтому тонкостенные конструкции, обладающие
хорошими характеристиками, практически неприемлемы.
Было показано, что основной способ снижения износа и соответ-
ствующего повышения ресурса — это оптимизация размеров и ре-
жима работы катодного узла, а также снижение рабочей температуры
эмитирующих поверхностей, в частности, путем уменьшения работы
выхода электронов из материала эмиттера. Традиционное введение
активирующих присадок в материал эмиттера (легирование) оказа-
лось бесперспективным ввиду быстрого уноса присадки из материала
при высокой температуре катода. Попытки использования эмиттеров
из материалов с низкой работой выхода, в частности из карбида
титана, не удались из-за низкой теплопроводности и хрупкости мате-
риала, оказавшегося неработоспособным в реальных условиях экс-
плуатации катода. Была успешно реализована подача активирующей
присадки к рабочей поверхности эмиттера вместе с рабочим веще-
ством — литием. В качестве присадки, снижающей работу выхода
эмиттера (вольфрама), исследовались цезий и барий. В условиях ра-
боты сильноточного двигателя барий показал лучшие результаты, и в
дальнейшем использовался именно он.
Это направление оказалось очень перспективным: было создано
несколько типов устройств для подачи присадки. Сточасовые испы-
тания катодного узла в составе модели двигателя на литии при токе
500 А показали работоспособность пористого вольфрамового катода
