Ионная пушка

Союз Советских Социалистических Республик) Ч К 13Н О 1 3 3708 явлено 25,03.80 (21) 2898929/18-2присоединением заявки акоев Государственный хамите(23) Приорит по делам изобретений и открытий(72) Лвторизооретенпя оло о-исследовательский институт ядерн при Томском политехническом инстит им. С. М. Кирова(54) ИОННАЯ ПУШКА 2 Изобретение относится к ускорительноц технике и может найти применение для получения сильноточных сфокусированных ионных пучков (ИП).Известны ионные пушки, основанные ца ионном диоде с магнитной изоляцией, в частности, содержащие коаксиальные, цилиндрические данод, катод и внешний соленоид для создания изолирующего магнитного поля 1,В таких пушках анод выполнен в виде тонкого металлического цилиндра, внутренняя поверхность которого, обращенная к катоду, содержит водородосодержащие участки, а катод выполнен в виде системы массивных металлических колец с высокой электрической проводимостью (в частности, алюминиевых), расположенных аксиально с анодом.К недостатку известных ионных пушек относится низкая энергетическая эффективность, связанная с ограниченной степенью фокусировки, вследствии того, что часть создаваемого магнитного потока протекает в заанодную область. В результате из-за сохранения канонического импульса ионы, движущиеся к оси внутри катода, будут иметь также и азпмутальную компоненту скорости,Ближайшим техническим решением к изобретению является ионная пушка, содержащая цилиндрический катод и коаксиально расположенный охватывающий егоанод, формиру 1 ощне кольцевой анод-ка 5 тодный промежуток, а также магнитнуюсистему, образованную двумя соленодами2,Магнитная система выполнена в видедвух раздельных соленоидов, помещенных10 внутри катода в виде тонкой металлической сетки с низкой электрической проводимостью. Лнод выполнен массивным изметалла с высокой электрической проводи мостью.Ы Прн поступлении токового импульса вобмотку соленоида создается аксиальноемагнитное поле.Вследствие импульсного характера магнитного поля и высокой проводимости ка 20 тода магнитные силовые линии це проникают внутрь катодных колец, а располагаются параллельно огибакщей поверхностикатода, образуя изолирующую магнитнуюподушку. Прц достижении максимума25 напряженности магнит 1;ого поля ца анодпоступает высоковольтный импульс напряжения положительной полярности. Прцэтом по поверхности водородосодержащцхучастков анода, за счет переходных про 30 цессов, происходит эле сгрцческцй пробой,60 55 н генерируется поверхностная плазма, служащая источником ионов. Аксиальнос магнитное поле препятствует протеканно и анод.катодном (А - К) зазоре электронного тока. Ионы, вытягиваемые электрическим полем в сторону катода, движутся к осн системы через зазоры между кольцами, образуя линейно сходящийся ионный пучок. Вследствие высокой проводимости анода и низкой проводимости катода пульсное магнитное изолирующее поле занимает пространство, ограниченное снаружи анодом, н ионы при движении к оси проходят нулевой маги пный поток и пе имеют на оси азимутальную компоненту скорости.Однако низкое качество рокуснровкн ионов, свойственное известной пушке, обусловлено тем, что внутри катодной полости ионный пучок распространяется перпендикулярно к магнитным силовым линиям и поэтому не сопровождается медленными электронами, Это вызывает нарушение нейтрализации ионного пучка внутри катода, приводящее к увеличению температуры пучка, т. е. его угловой расходимости. Это не позволяет получать плотный линейный фокус на оси ИП,Вследствие большой проводвости электронов вдоль силовых линий магнигного поля, электроны дрейфуют к краям А - К зазора, и в краевь,х электрических полях анода наблюдаются большие утечки электронов на анод.Целью изобретения является улучшение фокусировки ионного пучка.Достигается это тем, что в известной ионной пушкс, содержащей цилиндрический катод и коаксиально расположенный охватывающий его анод, формирующие кольцевой анод-катодный промежуток, а такжс магнитную систему, образовапную двумя соленоидами, оба соленоида установлены между катодом и анодом так, что каждый из соленоидов частично расположен в анод-катодном промежутке. На чертеже приведена принципиальная схема устройства, содержащая цилиндрические коаксиально расположенные анод 1, катод 2 и размещенные между катодом анодом катупки соленоида 3,Устройство работает следующим образом.При подаче токового импульса в катушке соленоида создается аксиальное изолирующее магнитное поле, которое ограничено катодом и анодом, вследствие скин-эффекта. При достижении необходимого значения напряженности магнитного поля в А - К зазоре на анод поступает импульс напряжения положительной полярности. В это время па поверхности анода, которая обращена к катоду, формируется плазма, служащая источником ионов. Меха 5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 4ннзм образования плазмы может быть различным, например пробой по поверхности водородосодержащих участков за счет переходных процессов или создание на поверхности анода металлической плазмы с помощью лазеров и т. д. Ионы, сорт которых будет определяться сортом созданной плазмы, ускоряясь в А -К зазоре, проходят через кольцевые прорези в катоде и движутся к оси ИП, образуя линейно сходя 1 ЦИЙся ионныЙ пучок.В качестве примера необходимых значений магнитного поля рассмотрим ИП с напряжением в 1 Мэв. При А - К зазоре в 1 см индукция магнитного поля для предотвращения протекания электронного тока (Вр ) должна быть для этого зазора-3,5 кГс, Катушки можно намотать на заземленном катоде с двухслойной обмоткой нз фольги толщиной .0,05 см, что вместе с межслойной изоляцией займет 0,4 см. Таким образом зазор анод-катушка будет равен =0,5 см н для этого зазора В р = =7 кГс. При расстоянии между катушками 8 см отношение индукции магнитного поля в зазоре анод-катушка к индукции в середине А - К зазора будет равно 8. Таким образом, если в области А - К зазора, где происходит ускорение ионов, обеспечиваем В р для этого зазора, то в зазоре анод-катушки будет поле, в четыре раза превышающее Вр для этого зазора. Наличие на краях А - К зазора магнитных пробок не позволяет электронам дрейфовать к краям А - К зазора.Расположение части катушек вне А - К зазора необходимо для того, чтобы предотвратить попадание электронов с катода на анод в области, где е;це имеется сильное электрическое поле анода,Выполнение катода и анода массивными из металла с высокой электрической проводимостью и размещение катушек соленоида в А - К зазоре отличает предложенную ИП от известных, позволяет в одном устройстве сочетать необходимые качества, производить транспортировку ионного пучка зарядов нейтрализованным, обеспечивать отсутствие азимутальной компоненты скорости ионов на оси ИП. Кроме того, благодаря указанному размещению катушек можно снизить утечки электронов на анод и затраты на создание магнитного поля, что значительно повышает энергетическую эффективность создани з плотного линейного фокуса ионов на оси ИП,Формула изобретсни Ионная пушка, содержащая цнлнндрн 1 еск 11 й катод и коакснальпо расположенный охватываощий его анод, формнру.10 щис колънеВОЙ анод-катодныЙ проъежуток, а также магнитную систему, образо854198 ставите,чь В. ОбуховТехред И, Пенчко Коррек) ор Е, Михеева Гохфеаьд с.1 а кт Изд. ЛЪ 133 Тира:к 758 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений 1 п открытий 113035, Москва, Ж, Раугискав иаб., и 4(5писио Закан 3100 агорскав типографии Уирполиграфиэдата Мособнисиолкома ванную двумя соленоидами, о ) л и ч аю ш, а я с я тем, что с целью улучшения фокусировки ионного пучка, оба соленоида установлены между катодом и анодом так, что каждый из соленоидов частично расположен в анод-катодном промежутке,Источники иифор:.1 ации,принятые во внимание ири экснертизе 1, С 1 епзрап М, А 1-1 апнпег Г). Л., 8 ц 6дап К. Х. Ргодцс 11 оп о 1 1 п 1 епзе 1 осцзед 1 оп Ьеагп 1 п а зр 1)ег 1 са 1 гпадпеБсаПу 1 пзца 1 ед д 1 од, Зоцгпа 1 о 1 Арр 11 еа РЬуз 11 сз., ал 50, х 5, 1979, с. 3032.52. Панадичев В. Л. Получение, транспортиров 1.а и фокусировка ионных пучков.Лтомная техника за рубежом, хв 2, 1978, с. 11 (прототип).10