Устройство для инжекции сильноточного электронного пучка в установку с магнитным полем

(53)М, Кд. Н 05 Н 500 ВЬеударстееннмй комитет СССР до делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А. Н. Диденко, Б. А. Нечаев. А, И. Рябчиков и В. А, Тузов Научно-исследовательский институт ядерной физикипри Томском политехническом институте им, С. М. Кирова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНЖЕКЦИИ СИЛЬНОТОЧНОГОЭЛЕКТРОННО 1 О ПУЧКА В УСТАНОВКУ С 1 А 1 НИТН 1111 ПОЛЕ 1 Изобретение относится к технике ускоре- ния заряженных частиц и может найти применение в устройствах для захвата на замкнутую орбиту сильноточного электронного пучка и в установках для удержания и нагрева плазмы в магнитном поле с использованием сильноточных электронных пучков.Известно устройство дитя инжекции сильно- точного электронного пучка в камеру с тороидальным магнитным полем 111.36Недостатком является значительное искажение внешнего магнитного поля во время инжекции пучка, снижающее эффективность инжекции Кроме того, такое устройство не позволяет провести электронный пучок в магнитном иоле на большое расстояние внутрь камеры и таким образом не позволяет инжектировать электроны в камеры большого сечения. Длина, на которую в этом устройстве проходит пучок, не отклояяясь во внешнем тороидальном поле, сравнима, с диаметром спирального катода уско рителя.Известно также.устройство для инжекции электронного пучка в установку с поперечным магнитным полем, состоящее из сльнотсч:.огоэлектронного ускорителя прямого действн,вакуумной камеры, установки, катупка:тг:создания в ней магнитного ноля 21. Наиболее существенными его недостаткамявляется наличие значительных энергетическихпотерь электронного пучка при инжекции, свя.эанных с соударениями электронов со стенками газонаполненного щшиндра иконечнымвременем ионизации газового канала, что приводит к потере электронов на переднем фронте до тех пор, пока не достигается необходи.мая степень ионизации газа,Цель прещтагаемого изобретения - уменьшепие энергетических потерь электронного пучка.Для этого вне вакуумной камеры установлен лазер, а на поверхности анода электроннойпушки ускорителя со стороны вакуумной камеры укреплена твердотельная мишень, помещенная внутри цилиндрического сопла, причемоптическая ось лазера, оси электронной пушкии цилиндрического сопла совпадают,Сущность изобретения поясняется чертежом.11 а черзеже принятые следующие обозначения: 1 - лазер, 2 - оптически прозрачное окно, 3 - катушки для создания магнитного поля, 4 - вакуумная камера установки, 5 - цилиндрическое сопло, 6 - твердотельная мишень, 7 - анод сильноточного ускорителя, 8 катод сильноточного ускорителя, 9 - сильно. точный электронный ускоритель прямого действия.Преллагаемое устройство работает следуюгцим образом. В вакуумной камере 4 установки давление остаточного газа составляет меньше, чем 10 з тор, Сначала срабатывает лазер 1, Сфокусированный световой луч лазера 1 через оптически прозрачное окно 2 в вакуумной камере 4 установки попадает на твердотельную мишень 6 и разогревает ее до высокой темпера. туры, при которой происходят процессы испарсння и тсрмоионизации материала твердотельной мишени 6. Адиабатический нагрев мишени 6 и продуктов ее испарения приводит к рез. кому нарастанию давления внутри цилиндрического сопла 5, вызывающего ускорение плазмы внутри цилиндрического сопла 5, навстречу лучу лазера. Скорость разлета плазмы достигает 10" см/с. Нейтральные атомы испаренного вещества твердотельной мишени 6 движутся так же навстречу лучу лазера и подвергаются дополнительной ионизации. Таким образом, при вполне достижимых в настоящее время уровнях мощности лазера, получают почти стопро. центную ионизацию исцаренного вещества, образующего плазменный канал внутри вакуумной каме)ы 4 установки.Геометрические размеры плазменного канала определяются размерами цилиндрического сопла 5 я уровнем мощности лазера 1 и могут изменяться в широких пределах.Запуск сильноточного ускорителя 9 осуще. ствяяют с временной задержкой относительно момента срабатывания лазера 1, требуемой для формирования плазменной струи. Электронный пучок выводят из ускорителя через анод 7 и инжектируют в плазменную струю, Под действием пространственного заряда пучка элект. роны плазмы покидают плазменный канал, а положительный заряд ионов плазмы обеспечи. вает условия самофокусировки сильноточного электронного пучка, При смешении электронного пучка относительно плазменного канала под действием внешнего магнитного поля воз. никают электростатические поля поляризации, которые удерживают электронный пучок вблизи плазменного канала, Таким образом, созда. ют условия для эффективной инжекции пучкав установку с магнитным полем любой кон.фигурации.Диаметр цилиндрического сопла равен диаметоу сфокусированного лазерного луча и мо.жет составлять от нескольких микрон до не.скольких миллиметров, это на несколькопорядков меныпе диаметра используемых внастоящее время сильноточных электронных О пучков. Длина цилиндрического сопла равнанескольким диаметрам, поэтому потери электронов пучка на цилиндрическом сопле незначительные.Предлагаемое устройство обладает рядом 1 ь преимуществ по сравнению с известными. Вопервых, за счет уменьшения энергетическихпотерь на столкновения и ионизацию атомовостаточного газа и потерь на стенках газонапол.нительного цилиндра, увеличивается эффективность инжекции. Во-вторых, предлагаемое устройство позволяет инжектировать электронныйпучок в установку с магнитным полем на значительные расстояния, по крайней мере, порядка метров.25 Отсутствие дополнительных материальныхэлементов в области дрейфа пучка расширяетвозможности использования устройства в различных областях техники.ЗОФормула изобретенияУстройство для инжекции сильноточногоэлектронного пучка в установку с магнитнымполем, содержащее сильноточный электронныйускоритель прямого действия, вакуумную камеру установки и катушки для создания в неймагнитного поля, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью уменьшения энергетических 4 О потерь электронного пучка, вне вакуумной камеры установлен лазер, а на поверхности анода электронной пушки ускорителя со сторонывакуумной камеры укреплена твердотельнаямишень, помещенная внутри цилиндрического 4 сопла, причем оптическая ось лазера, оси элект.ронной пушки и цилиндрического сопла совпадают.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, 8 гоччег О. Е., Кцазе 8. й, Ме 1 хе 6. О,1 ЕЕЕ Тгацв Разпэа Зс 1 епсе, Ч. РЗ - 2, 1974,р. 193,2. ВачапсЬ 11 соп Е. 1., Согсееч, АЧ е 1 а 1. Ргос, 1 атегц сопТ оп е 1 естгоп Ьеат геееасЬапс тесэпоодУ 1975, АеЬцдцегдце ЧВА, 2,р. 284-302.708544 Составитель Е. Медведевдактор Б. Павлов Техред М. Петко Корректо За ПП "Патен 1", г. Ужгород, ул. Проектн 8516/55 ЦНИИ по 113035, Тираж; 885ственжл о комретений и отк- 35, Раушская Го судаам изсква,Подписиитета СССРытийнабд. 4/5