Ионная пушка

(19) (11) 11 Н 015 27/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ)(7) ион ательного д катод В 36 етроохвч аасши ано овательскпри Томсуте им.С.8) инсти м полй Кирова в поенкль ноожена сиеди во СССР978.СССР77 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) 1. Авторское свидетельс В 660543, кл. Н 05 Н 5/00,2. Авторское свидетельств 9 605480, кл. Н 04 Н 5/00, 1 (прототип). ноид, о т л и что, с целью бочих веществ ма импульсной полнен в виде делителя, в с кости, паралл катода, распо сопел Лаваля, подачи газа с бопроводом. ШКА на основе отда, содержащая тывающий их солею щ а я с я тем, рения круга раее введена систечи газа, анод вычатого газораспрее которого в плосй поверхности ы каналыв виде стема импульсной ена с анодом труИзобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для получения сильноточныхионных пучков.Известны ионные пушки для генерации сильноточного ионного пучка,содержащие соленоид, внутри которого расположены катод и анодный блок,составляющие отражательный тетрод.В анодный блок входит водородсодержащая пленка, прозрачная для электро нов и используемая для образованияплазмы, из которой вытягиваются ускоряемые ионы 1 .Недостатком известных пушек является возможность ускорения только 15ионов водорода и малая долговечностьанодного блока,Ближайшим техническим решениемявляется ионная пушка на основе отрахательного тетрода,содержащая анод,катод и охватывающий их соленоид 2,В известной пушке анод выполненв виде массивного анодного блока,составленного из двух металлическихпластин с заключенной между нимипрокладкой из водородсодержащегоматериала, в металлических пластинах и водородсодержащей прокладкевыполнены сквозные отверстия такимобразом, что водородсодерхащая про. кладка эквидистаитно выступает закрая отверстий в металлических пластинах, причем в прокладке со стор 5 ныотверстий радиально установлены металлические иглы. На катоде выполнены выступы, обращенные к аноду,. 35с отверстиями, совпадающими по форме и расположению с отверстиями ваноде. Такая конструкция обладаетболее высоким ресурсом.Недостатком известного устройства 40является невозможность ускорениякаких"либо других ионов, кроме ионовводорода.Целью изобретения является расширение круга рабочих веществ.Эта цель достигается тем, чтов известную ионную пушку на основеотрахательного тетрода, содержащуюанод, катод и охватывающий их соленоид, введена система импульснойподачи газа, анод выполнен в видетрубчатого газораспределителя, встенке которого в плоскости, параллельной поверхности катода, расположены каналы в виде сопел Лаваля,а система импульсной подачи газа 55соединена с анодом трубопроводом.На Фиг.1 схематически показанаионная пушка со схемами питания;на фиг.2 - горизонтальный разрезпушки. 60Ионная пушка, содержит соленоид 1,внутри него помещен отражательныйтриод, состоящий из заземленного катода 2 и анода 3, выполненного .ввице трубчатого, например торо идального, газораспределителя, присоединенного к высоковольтному вводу 4.В газораспределителе имеется система каналов в виде сопел Лаваля 5,направленных к оси коллектора так,что их оси лежат в плоскости, параллельной поверхности катода фиг.2Источником высокого напряжения является генератор б. Источником газа или пара для пушки является система импульсной подачи, содержащая.:объем 7 с газом или паром, соединенный через импульсный клапан 8,подводящий трубопровод 9, полый высокбвольтный ввод 4 с коллектороманода 3,Ионная пушка работает следующимобразом.Соленоид 1 создает продольное магнитное поле Затем срабатывает импульсный клапан 8, и газ или пар изобъема 7. выбрасываются в вакуумированный подводящий трубопровод 9, соединенный с анодом 3 в виде газораспределителя через высоковольтный ввод 4.Возможность работы пушки обеспечивается тем, что характерное время процессов газового расширения составляет десятки микросекунд так же,как и время срабатывания импульсных газовых. источников, а время срабатывания ускорителя и, соответственно, формирования пучка ионовсоставляет десятки наносекунд.Вследствие этого газ является замороженным по отношению к процессуускорения.Газ с резким скачком давления на переднем Фронте распространяется. по направлению к соплам 5. Полый высоковольтный ввод 4 служит в этом случае в качестве ударной, трубы. Дойдя до системы сопел 5,гаэ выбрасывается внутрь анода 3 к его центру. Сопла Лаваля 5 обеспечивают направленность струй таким образом, что внутри анода создается плоский поток газа. В момент, когда газ доходит до центра и таким образом перекрывает всю плоскость анода, на него подается импульс высокого положительного напряжения от генератора б. Поскольку газовое при" анодное образование невелико по толщине, она не попадает в зазор анод- катод и импеданс зазора сохраняется, а вакуумная изоляция анода от стенок пушки не нарушается.Под действием ускоряющего поля внутри анода с катода Формируется пучок ускоренных электронов, .Потерям электронов на анод препятствует продольное магнитное поле, а также то, что проходное сечение анода больше катода и сечения электронного пучка. Электроны совершают колебания между катодом и виртуальйым катодом,мно-.4 988111 Составитель В.ОбуховРедактор П.Горькова ТехредЛ,Пилипенко КорректорА.Ильин Тираж 703НИИПИ Государственногоо делам. изобретений и13035, Москва, Ж, Р Заказ 8242 Подписноеомитета СССРкрытийшская наб д. 4/5 ППП "Патент", г, ужгород, ул. Проектная,Фил гократно проходят через газовыйслой анода. При этом газ ионизируется. Кроме того, во время нарастанияимпульса напряжения на его фронтепроисходит пробой по поверхности газа, что также приводит к созданиюплазмы. Поскольку к аноду приложеноположительное напряжение, происходитускорение ионов, входящих в составинжектированного газа.Ионная пушка подсоединяется к генератору б, выполненному, например,на двойной формирующей линии (ДФЛ) .Анод 3 подсоединяется к внутренней обкладке линии. При этом подводящий трубопровод 9 может выполнять 5функции зарядной индуктивности, если его выполнить в виде спирали, одинконец которой заэемлен,Для выполнения функции электрического изолятора зарядная индуктивность должна иметь сопротивление2, где Р -волновое сопротивление линии, Обычно= 10-20 Ом.Отсюда следует, что спираль должнаиметь три витка диаметром Д=130 см,что укладывается в габариты имеющихся установок Режим ударнойтрубы в спирали будет выполнятьсяпри толщине трубки 3 = 2 см. Этотразмер подходит для толщины высоковольтного ввода 4 и. высоты коллектора анода 3. Диаметр сопел при этом, может составлять несколько миллиметров,После запуска соленоида 1, создающего продольное магнитное поле в пушке, в момент достижения полем максимального значения через несколько миллисекунд срабатывает импульсный газовый клапан 8, Гаэ по трубчатой зарядной индуктивности, совмещающей в данном случае функции удар,ной трубы - газопровода, зарядного сопротивления ускорителя, через несколько десятков микросекунд достигает системы сопел 5. В момент, ког да истекающий из сопел гаэ заполняет внутренность анода 3, срабатывает генератор б. На анод подается наносекундный импульс напряжения. В дальнейшем работа пушки не отличается от работы известных пушек такого типа, После окончания процесса ускорения газ, йаходящийся в прианодной области и в подводящих трубках, распространяется в объем пушки и откачивается вакуумным насосом. После откачки пушка готова для нового срабатывания. Данная пушка не содержит каких-либо изнашивающихся элементов скак в случае пленочных анодов, например), поэтому ее ресурс может быть очень высок.1ЬИзобретение позволяет расширить круг рабочих веществ и получать ионы элементов, входящих в состав га" зообразных и парообразных веществ,