Ускоритель ионов

СОЮЗ СОВЕТСНИХШ 4 НЦЪЮВесникРЕСПУБЛИН 091 (1) А 5 Н 5/00 ЕЛЬСТ УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЭОБР Н АВТОРСХОМУ(71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им, С.М.Кирова (72) В.М.Быстрицкий и А.В.Петров (53) 621.384. б (088. 8)(56) СЬ. 01 сайа ег аИ Ор 1 шиш АподеСаспойе Браспа 1 п КеЕ 1 ех Тгойе 1 оп Зопгсе" Ларапезе 1 ошп.Арр 1,РЬув.7.15, В 8, р. 1615, 1976.С.А.КардгапаКев., 1.1 оЫеп ег аТ."Кесепг КезцТгв оп СЬе СепегаЕ- оп оЕ акоп К 1 п 8 з" 1 пегпай 1 опа 1 Тор 1 саУ СопЕегепсе оп Н 18 Ь Розг Е 1 есСгоп апй 1 оп Веаш КезеагсЪ апй ТесЬпо 1 о 8 у 3 МочоздЪгз 1 с, 1979, ч.1, р.78. ф Р /.,НИЯ(54)(57) УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ, содержащий генератор высоковольтных импульсов, соленоиди размещенные внутрисоленоида противостоящие сетчатыйкатод и цилиндрический полый анодс проводящим диском на торце, удаленном от катода, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью увеличения ресурса работы и расширениядиапазона ускоряемых ионов, онснабжен импульсным гаэовьм клапаном,расположенным внутри полого анода,при этом в корпусе анода вблизикатода выполнена кольцевая щель спрофилем стенок в виде сопла Лаваля,.и дополнительнья источником импульсов напряжения, электрически соединенным с анодом, а диаметр проводящего диска и сетчатого катода большедиаметра анодного цилиндра,50 55 Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для получения мощных ионных пучков наносекундной длительностиИзвестен ускоритель, содержащий массивный катод и анод, выполненный из водородсодержащего пластика, полупрозрачный для электронов.При приложении высоковольтного импульса напряжения к аноду электронный пучок, эмиттируемый катодом, совершает многократные колебания между реальным и виртуальным катодами, проходя при этом через анод и разогревая его. В результате образуется плазма - источник ионов. Ионы вытягиваются из плазмы как в сторону реального катода, так и всторону виртуального.Недостатками отражательного триода являются также низкий ресурсработы из-за разрушения пленочногоанода и ограниченный диапазонускоряемых ионов.Наиболее близким техническим решением является ускоритель ионов, вкотором ионная пушка представляетсобой инверсный тетрод (в такомтетраде ионный пучок выводится черезреальный катод), Ускоритель состоит из генератора высоковольтных импульсов, соленоида, внутри которого размещены противостоящие анод и ка-, тод, Анод выполнен в виде полого цилиндра, один торец которого близкий к катоду) закрыт полиэтиленовой пленкой, а вторым концом анод соединен с ичточником высоковольтных импульсовВнутри анода (на оси) помещен диск из нержавеющей стали, электрически соединенный с анодом.Плазма в этом устройстве получает ся способом, аналогичным предыдущему, Ионный пучок вытягивается через реальный катод.В сторону виртуально" го катода (который образуется между анодной пленкой и диском) пучок не идЬт, так как вследствие конечной индуктивности анода потенциал диска вышее, чем у анода.Малый ресурс работы из-за разру" шения пленочного анода и ограничен.ный диапазон ускоряемых ионов, также обусловленный применением пленок, остаются недостатками устройства,Целью изобретения является увели. чение ресурса работы и расширение 5 10 15 20 25 30 35 40 45 функциональных воэможностей ускорителя за счет расширения диапазона ускоряемых ионов.Цель достигается тем, что ускоритель, содержащий генератор высоковольтных импульсов, соленоид, внутри которого размещены противостоящие сетчатый катод и цилиндрический полый анод с проводящим диском на торце, удаленном от катода, снабжен импульсным газовым клапаном, расположенным внутри полого анода, при этом в корпусе анода вблизи катода выполнена кольцевая щель с профилем стенок в виде сопла Лаваля, и допол нительным источником импульсов напря жения, электрически соединенным с анодом, а диаметр проводящего диска и сетчатого катода больше диаметра анодного цилиндра.На чертеже приведена схема предложенного устройства.К положительному электроду генера-, тора 1 высоковольтных импульсов электрически подсоединен анод 2, выполненный ввиде цилиндра. На торце анодного цилиндра, соединенном с высоковольтным электродом генератора 1, укреплен проводящий диск 3. На другом торце размещен импульсный газовый клапан 4. Истечение газа происходит в радиальном направлении через кольцевую щель 5 с профилем сопла Лаваля вблизи торца анода. Анод соединен также с дополнительным источником 6 высокого напряжения. Катод 7 изготовлен из сетки с большой прозрачностью и закреплен на корпусе 8, который помещен внутрь соленоида 9.Устройство работает следующим образом. Включается соленоид 9, создающий аксиальное магнитное поле, В момент достижения максимума магнитного поля срабатывает импульсный газовый клапан 4 и через кольцевую щель 5, имеющую форму сопла Лаваля, в объем напускается порция газа. Определенная конфигурация сопла Лаваля обеспечивает нужную формугазового облака: аксиальный размероблака равен расстоянию от осисопла до плоскости катода, наружный диаметр облака равен диаметру катода После этого включается дополнительный источник 6 напряжения, на анод2 поступает импульс напряженияположительной полярности и междуанодом и катодом зажигается газовый1018581 Редактор П,Горькова Техред О.Ващишина Корректор Е.Сирохман Тираж 767 Подписное БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий П 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Заказ 919/4 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 разряд. Образующаяся при этом плазма под действием скрещенных полей В и радиальной составляющей электрического поля Е вращается в азимутальном направлении, что способствует равномерности разряда и увеличивает степень ионизации. Размеры облака в течение времени ионизации единицы микросекунд) практически не изменяются, так как максимальная скорость истечения газа,из сопла Лаваля даже для водорода не превышает 10 см/с. Через времянеобходимое для формирования плазменного облака, на анод подается высоковольтный импульс напряжения от генератора 1;Под действием этого поля с границы плазмы (прилегающей к катоду 7) начинается. отбор ионов и граница плазмы начинает отступать( плазма рассасывается) со скоростью, определяемой плотностью плазмы и первеан-. сом ускорителя.Электроны, эмиттируемые из катода 7, проходят через плазменное облако и формируют по другую его сторону виртуальный катод (ВК . Осциллирующие вокруг анода электроны компенсируют пространственный заряд ионного пучка, вытягиваемого из границы плазмы в сторону обоих катодов. Ионы, двигающиеся в сторону ВК, тормозятся полем диска 3 и не попадают на него, так как потенциал диска 3 выше, чем у плазменного анода, что объясняется конеч ной индуктивностью анода. Ионы, двигающиеся в сторону реального катода, образуют кольцевой ионный пучок, который выводится из системы. 5Так как в предложенном устройствеисточником ионов является плазма, то отсутствует разрушение анода и появляется возможность ускорять раз ные ионы. Кроме того, данное устройство позволяет увеличить мощность ионного пучка при транспортировке к мишени, так как отбор ионов происходит из границы плазмы, то она на чинает отступать (плазма рассасывается) увеличивается тем самым эффективный А-К зазор, что приводит к увеличению импеданса устройства в течение импульса. Поэтому энергия ионов увеличивается в течение импульса и в пространстве дрейфа происходит пространственное сжатие пучка (быстрые ионы "догоняют" медленные), в результате чего увеличивается мощность д ионного пучка при транспортировкек мишени. Таким образом, в предложенном устройстве одновременно решаются три проблемы:- увеличивается ресурс работы,так как источником ионов является плазма.- расширяются функциональные возможности, так как появляется возможность ускорять ионы с А1.- увеличивается мощность ионногопучка вследствие его банчирования.