Ускоритель ионов

УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТНРЬТИ САНИЕ ИЗОБ ВТОРСНОМУ СВИДЕ(71) Научно-исследовательский институт ядерной Физики при Томскомполитехническом институте(56) Б.АясшрЬг 1 ев, К.И.Бцйап,1,.И 111 еу. Ехггасг 1 оп апй Госця 1 гр;ог гпгепзе хоп Ьеашв ггош а па 8 пегдса 11 у гпвц 1 агей д 1 ойе" 1 оцгп. оУАрр 1.РЬуз. ч.Р, В 6, р. 2382, 196.Б, НцшрЬг 1 ея ег а 11. Н 181) сцггепг11 пеаг акоп ассе 1 егасогв цг 11181 п 8е 1 есггоп пецгга 118 аг 1 оп 1 ЕЕЕТгапзасг 1 опв оп Мцс 1. Бсхепяе,ч, ЫБ, У 3, р.4229-4222, 1979. 4) (57) УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ, содержащий генератор высоковольтных импуль сов, анодный и противостоящий ему катодный блок, состоящий из двух концентрически расположенных элементов скольцевой щелью между ними, по обестороны от которой со стороны анодного блока укреплены два соленоида,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сс целью упрощения конструкции ирасширения ассортимента ускоряемыхионов, анодный блок выполнен в видеполого цилиндра, торец которого состороны катодного блока закрытпроводящим диском со сменной остройкромкой, образующей с краем цилинра кольцевой зазор, диаметр котосоответствует диаметру кольцевойщели катодного блока, диск прикреплен к анодному цилиндру металлическим держателем в виде индуктивногоэлемента, а приосевая часть катодного блока содержит эмиттер электронов.Предлагаемое. изобретение относится к ускорительной технике и можетнайти применение для получения мощных пучков тяжелых ионов,перспективныхдпя накачки лазеров, для целейинерционного управляемого термоядерного синтеза, имплантации раличныхповерхностей и т.д.Известен ускоритель ионов, састаящий из высоковольтного импульсногоисточника напряжения, коаксиальныхцилиндрических анода и катода, помещенныхвнутрь соленоида. Равномернапа поверхности металлическогоанода выполнены отверстия, в которыхукреплены металлические иглы, залитые эпоксидным компаундом. В катоде1напротив игл имеются отверстия,повторяющие норму и размеры эпоксидных включений,При приложении к аноду высоковольтного импульса напряжения па поверхности эпоксидной шайбы ячейки)между иглой и металлическим краемразвивается пробой, в результатекоторого образуется плазма, являющаяся в дальнейшем источником ионов.Недостатком такого устройства является возможность генерации оченьограниченного ассортимента ионовводород, углерод). Это обусловленотем, чта большинство диэлектриков,используемых в ускорительной техникеявляются углеводородсодержащими.Наиболее близким техническим решением является ускоритель ионов, содержащий генератор высоковольтныхимпульсов, противостоящие анодныйи катадный блоки, заключенные вобщий корпус, в котором анадныйблок состоит из двух коаксиальныхметаллических цилиндров, закрытых сторца, обращенного к катоду массивным диском с кольцевым отверстием,соответствующ 5 п 5 зазору между цилиндром, На расстоянии 20 см атторца между цилиндрами размещенышесть плазменных пушек,Катодный блок ускорителя расположен напротив аноднаго и состоит такжеиз двух коаксиальньс цилиндров,. зазор между которыми закрыт массивнымметаллическим кольцам, имеющимкольцевое отверстие, размер которогоравен размеру кольцевога отверстияв аноде. На внутренней поверхностивнутреннего цилиндра и на наружнойповерхности наружного укреплены дваЗО Д со Я 55 коротких соленоида, Ьармирующихизолирующее магнитное поле в А-Кзазоре. Устройство работает следующимобразом. Б момент достижения максимума поля срабатывают плазменныепушки создающие кольцевое плаз енное облако, движущееся в пространстве, ограниченном поверхностямицилиндров, со скоростью 5 по на правлению к А-К зазору, Так как в А-Кзазоре направление магнитного поляперпендикулярно направлению движения плазмы, то она практически непопадает в зазор и останавливаетсяв плоскости анода, Б этот моментна анадный блок поступает высоковольтный импульс напряжения: Паддействием электрического паля иэграницы плазмы начинают вытягиваться ионы, образующие кольцевойионный пучок. В этом устройстве па сравнению с предыдущим благодаря применению плазменных источников расширен круг ра. - бочих сред, на ан по-прежнему, недостаточно широк, так.как не Охватывает ионы металлов. Зто связано с трудностями создания интенсивныхплазменных источников для ионов срец -ней и тяжепой масс,Кроме этого, больное число плазменных источников ведет к усложнениюконструкции, что вызывает дополнительные трудности в работе,Целью изобретения является упрощение конструкции ускорителя и расширение ассортимента ускор 5:е 5 ьгхионов,Зта цель дости 1 ается тем чтаускорителе ионов, содержащем ге ератар высоковольтных импульсов,. анодньй и противостоящий ему катадныйблок, состоящий из двух концентрически расположенных элементов с кольце -вай щелью между ними, па абе старань 1ат которой са стороны анаднага блокаукреплены два соленоида, анадныйблок выполнен в виде полого п 1 к 5 ндра,торец которого са стороны катаднагоблока закрыт проводящим дискам сасменной острой кромкой, образующейс краем цилиндра кольцевой зазор,диаметр которого соответствует диаметру кольцевой щели катаднога блокадиск прикреплен к анаднаму цилиндруметаллическим держателм, выполненнымв виде индуктивного элемента а при1053730 Редактор П.Горькова Техред О.Ващишина Корректор М. Демчик Заказ 919/4 Тираж 767 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5 Филиал ППП "Патент" г.Ужгород, ул.Проектная,4 осевая часть катодного блока содержит электронный эмиттер.Для наиболее эффективной работы устройства необходимо, чтобы импедансы рабочих зазоров (анодного кольцевого 2, и анодный блок - катодный блок 2 ) удовлетворяли соотношениюссПредлагаемое устройство изображено на чертеже.Ускоритель содержит генератор 1 высоковольтных импульсов, анодный цилиндр 2 и держатель 3 диска в виде индуктивной спирали, анодный диск 4 со сменной острой кромкой 5, наружный и внутреннии катодные цилиндры 6 и 7, соединенные между собой радиальными спицами (на чертеже они не показаны), короткие соленоиды 8, 9, Анодный и катодный блоки заключены в общем корпусе 10.Устройство работает следующим образом.Короткие соленоиды 8 и 9, создающие в А-К зазоре магнитное поле, включают таким образом, что в центральной части зазора оно имеет аксиальное напряжение (не изолирующее) а в остальной части зазора, рабочей, радиальное (изолирующее). Магнитное поле не проникает внутрь анодного блока, так как оно ограничено массивным проводящим диском 4.В момент достижения максимума магнитного поля на анодный блок от генератора 1 высоковольтныхимпульсов подается импульс напряжения с наносекундным фронтом. При этом электроны из эмиттера с приосевой обмотки катодного блока, двигаясь вдоль силовых линий магнитного поля, попадут на кромку диска 4. Прохождение токапо индуктивному держателю вызовет па -дение напряжения, которое локализуетсяв области кольцевого зазора. Величинанапряжения на зазоре будет определяться электронным током, который,в свою очередь, зависит от напряжения импульсного генератора и расстояния А-К.О При достижении напряжением величиныо 1( где Ч - напряжение генератора,М) - пробивное напряжение в вакууме, 3, - длинаанодного вакуумного зазора) с ост рой кромки 5 начнется взрывнаяэмиссия электронов с образованиемплазмы нужного нам состава. Плазмабудет расширяться, двигаясь соскоростью"- 10 см/с вдоль сило 620 вых линий магнитного поля к краюанодного цилиндра 2, и закорачиватьанодный вакуумный зазор, образуяпри этом плазменное кольцо, котороев дальнейшем будет являться источ ником ионов. В результате пробоязазора потенциалы конца анодногоцилиндра 2 и острой кромки 5 выравниваются. Под действием электрического поля А-К зазора из плазменного З 0 кольца начнут вытягиваться ионы,образуюцие кольцевой ионный пучок,движущийся к катодному блоку. Послепрохождения через отверстия в катодном блоке ионный пучок выводитсядля дальнейшего использования.Таким образом, образование иускорение ионов металлов происходитна одном импульсе ускоряющего напряжения, что упрощает конструкцию 40 ускорителя, так же как и отсутствиеплазменных источников.