В настоящей книге представлена копия докторской диссертации автора, защищенной в 1966 году в Томском политехническом институте. В этой диссертации описаны первые эксперименты, которые привели к открытию взрывной электронной эмиссии с катода. Дано описание явления интенсивной эмиссии электронов из тройных точек металл-диэлектрик-вакуум. Дано описание открытого автором явления многоэлектронного инициирования разряда в газах высокого давления, которое позднее было использовано для накачки мощных газовых лазеров. Одним из важнейших итогов этих исследований является также создание новых направлений в технической физике - сильноточной электроники и импульсной электрофизики. В рамках этих направлений созданы генераторы мощных наносекундных импульсов электрической энергии, предложены новые устройства, активные элементы импульсных генераторов (коммутаторы, обострители, вентили и т. д.) на основе новых явлений, открытых автором при создании вакуумных, газоразрядных и магнитных приборов. Хотя ряд исследований этой диссертации был опубликован в статьях и книгах автора, многие разделы актуальны до сих пор. Книга будет полезна тем, кто занимается проблемами физики плазмы, газового и вакуумного разрядов, ускорительной техникой, техникой высоких напряжений, лазерной техникой, СВЧ-электроникой большой мощности и т. д.

Выполнены измерения тока сильноточного электронного пучка и проведено интегральное во времени наблюдение оптического свечения поверхности взрывоэмиссионных катодов, изготовленных из различных материалов, в вакуумном диоде с планарной конфигурацией промежутка, без внешнего магнитного поля, при длительности импульсов около 5 нс и средней напряженности электрического поля в промежутке около 300 кВ/см. Исследованы катоды: с керамической втулкой и пружинными металлическими контактами, с керамическими пластинами в матрице из порошкового железа, композиционный из порошков кристаллического бора и меди, с лезвиями из листового прессованного графита (графлекса), с лезвиями из фольгированного стеклотекстолита. Сделана оценка тока одного эмиссионного центра, для различных катодов варьирующаяся в пределах примерно от 5 до 20 А. Исследован ресурс работы катодов при частоте следования импульсов 50 Гц.

В представленной книге рассмотрены широко применяемые в современных электронных приборах и устройствах оксидные катоды, активное покрытие которых является гетерофазной системой, сформированной из порошков окислов ЩЗМ и металла, главным образом, никеля. Детально изложена технология изготовления катодов, применение их в приборах разных классов. Описаны принципы конструирования катодных узлов, в том числе созданных самим автором монографии. Большое внимание уделено методам оценки качества катодов в приборах. Все изложение проводится с позиций понимания катода как части физико-химической системы, каковой является электровакуумный прибор в целом. Книга может служить учебным пособием при чтении традиционных курсов по электронным приборам и технологии электровакуумного производства. Она представит несомненный интерес для инженеров-разработчиков электронных приборов и катодов, а также для технологов-производственников. Одобрено ученым советом факультета физической и квантовой электроники МФТИ.

Изложены результаты детального исследования взрывной электронной эмиссии (ВЭЭ) — явления, открытого автором с сотрудниками в 60-е годы прошлого века. Помимо описания ВЭЭ в книге подробно рассмотрены физические процессы, приводящие к ее инициированию при различных конфигурациях и материалах катодов: острийные и плоские катоды, «тройные точки», жидкометаллические катоды и т.д. Исследованы механизмы самоподдержания взрывоэмиссионных процессов. На основе экспериментально установленной цикличности процессов в катодном пятне вакуумного разряда введено понятие «эктона» как элементарной ячейки катодного пятна. Подробно рассмотрены плазменные процессы в вакуумном диоде, различные стадии ВЭЭ, изложены физические основы разработки и создания сильноточных импульсных электронных ускорителей. Важное достоинство предлагаемой монографии — физическое объяснение на основе простых моделей и компьютерного моделирования представленных экспериментальных результатов. Для специалистов в области исследования электрических разрядов и физики плазмы, инженеров-электриков, занимающихся созданием вакуумного электрофизического оборудования, студентов и аспирантов, изучающих электрофизику и сильноточную электронику.

В монографии рассмотрены вопросы ускорительной техники и физики сильноточных электронных пучков применительно к проблеме получения сверхмощного когерентного электромагнитного излучения. Описаны принципы построения релятивистских СВЧ-генераторов. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований многоволновых генераторов с уровнем мощности >10 ГВт.