Ранее в ряде работ было зарегистрировано рентгеновское излучение при высоковольтном разряде воздуха и гелия при атмосферном давлении. Этот экспериментальный факт привлек внимание многих исследователей к изучению условий формирования ускоренных электронов и рентгеновского излучения в газонаполненных диодах при повышенном давлении. Однако амплитуды тока пучка электронов, полученные в молекулярных газах при атмосферном давлении, не превышали долей ампера, а в гелии — единиц ампер.

В ИСЭ СО РАН в 2003 году было показано, что можно существенно увеличить амплитуду электронного пучка, сформированного в газовом диоде при атмосферном давлении молекулярных газов (воздух, азот), смесь CO₂–N₂–He и гелия. Сильноточный электронный пучок (рис. 1) был зарегистрирован при значениях параметра Е/р (E — напряженность электрического поля, p — давление газа) существенно меньше критических. При оптимизации условий при атмосферном давлении воздуха и гелия в диоде с неоднородным электрическим полем были получены субнаносекундные электронные пучки с энергией электронов ~100 кэВ и рекордной амплитудой 170 А и 200 А, соответственно.

На основе измеренных временных характеристик тока пучка, напряжения в диоде, тока разряда, а также данных о его пространственной структуре показано, что критические величины полей достигаются при приближении плазмы к аноду, и именно в это время генерируется короткий мощный импульс электронного тока. Важную роль при формировании пучка электронов играет форма катода и форма плазмы в промежутке.

Показано, что при формировании субнаносекундных электронных пучков в промежутке анод–катод формируется объемный разряд в виде струй с удельной мощностью энерговклада более 500 МВт/см³.

Рис. 1. Осциллограммы импульсов напряжения в газовом диоде (1) и тока пучка электронов (2). Масштаб напряжения 45 кВ/кл, тока 20 А/кл, времени 1 нс/кл. Межэлектродный промежуток 16 мм, давление воздуха в диоде — атмосферное.

Лаборатория оптических излучений, заведующий — д.ф.–м.н. Тарасенко Виктор Федотович