Способ формирования электронного кольца

Союз Советских Социалистических Республик5) Дата опубликования описания 30,08.7(72) Авторыизобрете бчиков и В А. Н. ко, А, В, Петров, А зов дерной им. С. следовательскии институт политехническом институт киКиров(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАН ЕКТРО ННОГО КО Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц и может найтиприменение для получения электронныхсгустков большой плотности, в особенностисформированных в виде колец релятивистских вращающихся электронов, необходимых, в частности, при разработке коллективных методов ускорения заряженных частиц и для плазменных исследований,Известен способ формирования электронного кольца путем инжекции электронногопучка в постоянное поперечное магнитноеполе 1),При смещении орбвращение электроновгается за счет измененого поля.Известен также способ формированияэлектронного кольца путем инжскцин сильноточного электронного пучка в постоянное 20поперечное магнитное поле 121.Оба указанных способа формированияэлектронного кольца обладают существенным недостатком: число электронов в кольце ограничивается пространственным за 1 ты, включающее возна инжектор, достн ния внешнего магнитю изобретения является увеллектронов в кольце. достигается тем, что после вгнитного поля с помощью до числа Це ния мслючеполни Заявитель Научно при Томсктельных источников создают кольцевой и касательный к нему прямолинейный плазменные каналы, после чего сильноточный электронный пучок инжсктнруют по прямолинейному каналу.В этом случае электронный пучок, распространяясь по прямолинейному плазменному каналу, удерживается вблизи последнего электростатическими силами поляризации и доходит до равновесной орбиты, радиус которой определяется внешним магнитным полем и размерамн кольцевого плазменного канала. В дальнейшем электронный пучок распространяется по кольцевому плазменному каналу, наличие которого обеспечивает компенсацию просгранственного заряда электронов и препятствует возникновению поперечных и радиальных колебаний в кольце.На фиг. 1 схематично показано предложенное устройство, впд сверю", на фиг. 2 - то же, вид спереди; на фпг. 3 - функциональная схема устройства.Устройство содержит катушки 1 постоянного магнитного поля, ударные катушки 2, вакуумную камеру 3, кольцевой плазменный канал 4, прямолинейный плазменный канал 5, диафрагму 6, анод 7 элсктронного ускорителя, электрод 8 плазменной пушки, изолятор 9 плазменной пушки, катод 10ускорителя, патрубок 11 инжекции, схему 12 запуска, управляемые разрядники 13, конденсаторные батареи 14, 15, источники 16 питания, пояса 17 Роговского, электронный ускоритель 18, элемент 19 задержки импульсов.Устройство работает следующим образом.В исходном состоянии все элементы устройства обесточены. В вакуумной камере создается давление Р(10 -мм рт. ст, Сначала включаются питание катушек 1 постоянного магнитного поля и источники 16 питания для зарядки конденсаторных батарей 14, 15, После окончания зарядки конденсаторных батарей импульс напряжения со схемы 12 запуска подается на управляемые разрядники 13, которые после срабатывания подключают конденсаторные батареи к электроду 8 плазменной пушки и к ударным катушкам 2, Плазменная пушка создает поток плазмы, движущийся со скоростью -10 см/сск в направлении вакуумной камеры. Диаметр плазменного столба, распространяющегося в магнитном поле, ограничивается диафрагмой 6. Диаметр отверстия в диафрагме меньше или равен диаметру катода 10, Диафрагма выполнена, например, из материала толщиной 10 мм. Такая толщина диафрагмы обеспечивает уменьшение размеров плазменного столба и не оказывает в то же время существенного влияния на электронный пучок.При разрядкс конденсаторной батареи 15 на ударные катушки под действием ЗДС самоиндукции между катушками происходит пробой газа и образуется кольцевой плазменный канал 4. Геометрические размеры плазменного канала определяются формой и взаимным расположением катушек, а также давлением газа и параметрами конденсаторной батареи. Форма и взаимное расположение катушек выбирается таким образом, чтобы разряд происходил в области равцовссцой орбиты, а прямолинейный канал был касательным кольцевому. Импульсы тока разрядов, регистрируемые поясами 17 Роговского, поступают на запуск электронного ускорителя 18 через временную задержку 19 импульсов.Таким образом ускоритель срабатывает только после создания прямолинейного ц кольцевого плазменного каналов. Электронный пучок из ускорителя инжектцруется в прямолинейный плазменный канал. Под действием пространственного заряда пучка электроны плазмы покидают плазменный канал, оседая на металлические стенки установки, а положительный заряд ионов плазмы обеспечивает условия само 10 15 20 30 35 40 45 50 60 фокусировки сильноточного электронного пучка. При смещении электронного пучка относительно плазменного канала возникают электростатические поля поляризации, которые удерживают электронный пучок вблизи плазменного канала. Таким образом начальная точка пучка определяется совместным действием внешнего магнитного поля и электростатическими полями поляризации.Такой способ формирования электронных колец обладает рядом преимуществ по сравнению с известным. Во-первых, этот способ позволяет увеличить интенсивность инжектируемого электронного тока, так как при инжекции пучка в плазму достигается быстрая нейтрализация пространственного заряда электронов. Поэтому в качестве инжектора можно использовать сильноточные наносекундные ускорители, величина электронного тока которых достигает 10 А. Во-вторых, отсутствие импульсных систем захвата электронов в кольце позволяет осуществлять многооборотный захват. В-третьих, способ позволяет формировать кольцо из немоноэнергетических электронов, что снижает требования, предьявляемые к инжектору. В-четвертых, этот способ формирования кольца обеспечивает поперечную устойчивость сформированного кольца за счет положительного заряда ионов плазмы.Перечисленные преимущества способа позволяют увеличить число электронов в кольце до 10" и более, что значительно превышает число электронов в кольце, достигнутое в настоящсс время. Формул а изобретения Способ формирования электронного кольца путем инжекции сильцоточцого релятивистского электронного пучка в постоянное поперечное магнитное поле, о т л и ч а ющееся тем, что, с целью увеличения числа электронов в кольце, после включения магнитного поля с помощью дополнительных источников создают кольцевой и касательный к нему прямолинейный плазменные каналы, после чего сильноточный электронный пучок инжектируют по прямолинейному каналу.Источники информации,црицятые во внимание при экспертизе 1, Венгров Р, М. и др. Труды 11 Всесоюзного совещания по ускорителям заря. женных частиц, т. 1, М Наука, 1975.2. Бараш Л, С. и др. О коллективном ускорителе тяжелых ионов отдела новых методов ускорения. ОИЛИ, Препринт Р 9-7697, Дубна, 1974.-1 ПО Поиск Государственного комитета СССР ио делам изобретений н открытий113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., д. 4/5 фня, пр. Сапунова, 2 Составитель Е, Медведев Техред А. Камышникова Корректоры: Е. Осиповаи А, Гааахова