Ускоритель ионов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А(54) 157) 1, УСКОРИТЕ жащий генератор высо ИОНОВ, соде вольтных имСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте72) В.М.Быстрицкий и А,В.Петров(56) НцшрЬг 1 ея 8,1 г, ес аХ. "Айчап -сеяп сЬе еН 1 сепг яепегаг 1.опоГ 1.пгепяе рц 1 яей ргогоп Ьеащя".1 оцгп.оЕ Арр 2. РЬуя., ч,46, 1 Ф 1,1975, р.187-195,И 1 Иег К.В. ег аР "Топ Веащ СепегаГ 1 оп апй Госцяп 8" 1 пгегпагхопа):Тор 1 са 1 СопГегепсе оп Е 1 есггопапд 1 оп Веаа ВеяеагсЬ апй ТесЬпоМо 8 уРгосеейдпяя, ч.1 р. 619-634, 1976. пульсов, источник плазмы, двойнойдиод, состоящий из двух противостоящих катодов и цилиндрического анода,помещенного между ними и подсоединенного к генератору высоковольтныхимпульсов, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения энергииионов и повышения эффективностигенерации ионного пучка, в медианнойплоскости анода снаружи закреплено иэлектрически соединено с ним непрозрачное для магнитного поля кольцо,а на катодах соосно и симметричноотносительно анода расположенывключенные встречно магнитные катушки. 2. Ускоритель по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что источник плазмы размещен на внутренней поверхности цилиндрического анода в его медианной плоскости.Устройство относится к областиускорительной техники и может бытьприменено для генерации мощныхпотоков ионов в широком диапазонеатомных масс.Известно устройство, предназначенное для генерации ионного пучкаи состоящее из генератора высоковольтных импульсов и отражательноготриода, который, в свою очередь,состоит из двух противостоящих катодов и расположенного между ними прозрачного для электронов диэлектрического анода. Электроды находятся в общем корпусе и помещены в продольное магнитное поле. При поступлении на анод высоковольтногоимпульса электроны, эмиттируемые скатодов под действием электрическогополя анода, совершают многократныеосцилляции вокруг него, разогреваютего и создают плазму на его поверхности. Из этой плазмы вытягиваетсяионный пучок.К недостаткам этого устройства можно отнести протонный состав пучка обусловленный высоким содержанием водорода в материалах анода, а также однократный характер работы, связанный с разрушением анода в течение нескольких срабатываний ускорителя,Наиболее близким техническим реше нием к изобретению является ускоритель ионов на основе плазмонаполненного двойного диода, который состоит из генератора высоковольтных импульсов, двух противостоящих катодов, один из которых прозрачен для ионов, анода, выполненного в виде цилиндра и расположенного между катодами, и размещенного на одном из катодов источника плазмы, предназначенного для заполнения плазмой плотностью (10 - 10 ) см диодного зазора.8 НСлой плазмы контактирует с анодным кольцом и имеет его потенциал. При поступлении на анод высоковольтного импульса электроны, эмиттируемые с катодов, совершают осцилляции вокруг анода, ионизуя при этом плазму. Ионы вытягиваются из границы плазменного слоя. В результате при формировании ионного пучка происходит рассасывание плазмы, т,е. отступление ее границы от катода: растет анод-катодный зазор и соответ. ственно импеданс диода. Отсутствие разрушаемого анода позволяет обеспечить частотный режим, а использование определенного сорта плазмы -требуемый сорт ионов.Недостатком этого устройства яв 5 ляется невозможность получать ионныепучки с энергией, соответствующейпотенциалу анода. Это обусловленонизкой проводимостью плазмы, так какуход плазменных электронов на анод10 ограничен собственным магнитнымполем. В результате этого происходитнакопление в плоскости анода плазменных электронов и образованиевблизи анода двойного электрического15 слоя, препятствующего выносу потенциала анода в плазму. Потенциал плазмыоказывается ниже потенциала анода, аионный пучок, вытягиваемый из плазмы, имеет энергию значительно мень 20 шую, чем соответствующий потенциаланода, Кроме того, как и у всех устройств такого типа (без ведущегомагнитного поля), велики потери осциллирующих электронов на анод, т,е.мала эффективность генерации ионногопучка,Целью изобретения является увеличение энергии ионов и повышениеэффективности генерации ионного пуч 30 ка.Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем генератор высоковольтных импульсов, источник плазмы, двойной диод, состоящий из двухпротивостоящих катодов и цилиндрического анода, помещенного междуними и подсоединенного к генераторувысоковольтных импульсов, в медианной плоскости анода снаружи закрепи лено и электрически соединено с нимнепрозрачное для магнитного полякольцо, на катодах соосно и симметрично относительно анода расположены включенные встречно магнитныекатушки; источник плазмы размещен навнутренней поверхности цилиндрического анода в его медианнои плоскости.Устройство и принцип его работыпоясняются чертежом. На чертеже обозначены: 1 - генератор высоковольтных импульсов, 2 - корпус двойногодиода, 3 и 4 - магнитные катушки,5 - полый цилиндрический анод, 6 -непрозрачное для магнитного полякольцо, установленное снаружи цилиндрического анода 5 в его медианнойплоскости. Кольцо 6 соединено с генератором 1 высоковольтных импульсов.1118271 Редактор П.Горькова Техред О.Ващишина Корректор Е,Сирохман Тираж 767 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Заказ 919/4 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 Кольцевой источник 7 плазмы расположен на внутренней поверхности.анода 5, в его медианной плоскости,Сеточные, прозрачные для ионов катоды 8 размещены соосно по обоим сторонам анода, Кроме этого, на чертеже обозначены также: 9 - траектория электрона, эмиттируемого с катода, 10 - плазма, заполняющая пространство в аноде и анодно-катодный зазор; 11 - силовые линии магнитного поля, создаваемого катушками 3,4; 12 - ионный пучок.Устройство работает следующим образом. В заданный момент времени включенные встречно магнитные катушки 3 и 4 создают магнитное поле с силовыми линиями 11 встречной конфигурации, так называемыйкасп", Так как кольцо Ь непрозрачно для этого поля, силовые линии магнитного поля вблизи него резко изменяют направление из аксиального в радиальное, и на ограниченном расстоянии вблизи кольца по обе его стороны образуется остроугольная геометрия поля. В следующий момент времени или одновременно область между катодами заполняется плазмой 10, генерируемой кольцевым источником 7 плазмы. При достижении требуемых параметров плазмы 1 плотность и магнитного поля индукция от генератора 1 высоковольтных импульсов на .кольцо 6 и цилиндрический анод 5 подают высоковольтный импульс напряжения. Электроны, стартующие с катодов 8 1 на чертеже для примера показана траектория 9 одного электрона),ускоряются в сторону анода и проходят через "касп", При этом движениеэлектронов будет происходить по 5 винтовым траекториям, обусловленнымих взаимодействием с магнитнымполем каспа, Благодаря малой протяженности каспа радиальная координатаэлектрона и его азимутальный кано О нический момент являются приближенносохраняющимися величинами. Это приводит к перекачке продольной энергиипотока электронов в азимутальную.Осциллирующие по винтовым траектори ям между двумя катодами электронныепотоки благодаря сохраняющимся радиусам эмиссии не попадают на анодныи цилиндр.По мере вытягивания ионов в сторо ну катодов 8, плазменные электроныбеспрепятственно уходят на анод 5по магнитным силовым линиям 11, обеспечивая тем самым вынесение потенциала анода на всю глубину плазмы 25 и отсутствие прианодного двойногослоя. В результате все ионы, стартующие с границы плазмы в сторонукатода, формируют ионный пучок 12с энергией, соответствующей потенци алу анода.Применение предлагаемого устройства позволит увеличить энергию ионного пучка за счет обеспечения большейпоперечной проводимости для электрбнов плазмы, и повысить эффективностьгенерации ионов за счет уменьшенияпотерь осциллирующих электроновна анод.