Ускоритель ионов

(51 4 Н 05 Н 5(00 А ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ содержащ генеподклю а протии исоны ю -елиеля, двух ра ом ипровопластин дам,елены ектродыфму апря ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-исследовательский институт ядерной физики , электроники и автоматики при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова (72) А.В.11 етров(56) Р.А.М 111 ег е а 1 1 опЬеатп яепегаГдоп апд Еосцз 1 пр. 1 пгегп Тоо 1 са 1 Сопг. оп Е 1 есггоп Веав КезеагсЬ апд ТесЬпо 1 ояу, А 1 Ьи 8 иогЧое, 1975, Ргос, ч.1, р. 634-649, 1970.Арбузов А.И, и др. Генерация сильноточных ионных пучков в плазмонаполненном триоде. 11 Всесоюзная конференция по инз:енерным проблемам. УТС, Труды, т.1, 1982.(54)(57) УСКОРИТЕЛВ ИОНОВ, щий соленоид, высоковольтнь ратор импульсных напряжений ченный к анодному блоку, дв волежащих катода и плазменн точник, расположенный со ст одного из катодов, о т л и щ и й с я тем, что, с цель чения ресурса работы ускори анодный блок выполнен в вид соосных кольцевых элЕктродо деленных изолятором, на кажд электродов укреплена систем дящих пластин так, что ребр принадлежащих разным электр обращены друг к другу и раз изолирующими вставками, а э присоединены к дополнительн источнику импульсов высоког жения,Изобретение относится к областиускорительной техники, а именно,к технике получения мощных пучковионов наносекундной длительности,которые перспективны для многихприменений: накачка лазеров, инерционный термоядерный синтез, облучение материалов и т.д,Известен ускоритель ионов, состоящий из высоковольтного источника импульсных напряжений, кольцевого анода, расположенного междудвух катодов, один из которых прозрачен для ионов, плазменногоисточника, расположенного на одномиз катодов, с помощью которогоанод-катодные (А-К) зазоры предварительно заполняются плазмой с концентрацией 10 - 10 см 3,Л 14При подаче высоковольтногоимпульса на анод электроны, эмиттируемые с катодов, осциллируют междуними, а при выполнении условия 1. 1Р1,862 а / л;1 2 Мдгде 1, 5 - ион в; /,1 гный ток Чайльда-Ленгмюра для биполярного потока;1; 8 и 11; - ионный ток насыщения изплазмы;- плотность плазмы; ; - тепловая скорость ионов;граница плазмы начинает отступать откатодов. Отбор ионов происходит сграницы плазмы, которая находитсяпод потенциалом анода. Генерируютсядва пучка, один из которых используется. Ускоритель работает в режимероста импедансад т.е. генерация ионов происходит на возрастающей частинапряжения. Выполнение этого условияпозволяет увеличить мощность пучкана мишени за счет его пространственного сжатия (банчнрования).Недостатком этого устройстваявляется большая величина потерьэлектронов, эмиттируемых с катодовна анод, иэ-за отсутствия продольного магнитного поля, что значительно снижает эффективность генерацииионного пучка.Наиболее близким техническим решением является устройство, в котором анодный блок выношен в видекольца с прозрачной для электроновметаллической сеткой. Анодный блокподключен к генератору высоковольтных импульсов напряжения и расположен между двух противостоящих като 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дон, прозрачных для ионов. Со сторонь 1одного из катодов расположен плазменный источник, служащий для предварительного заполнения А-К зазоровплазмой необходимого состава и плотностью (10 Н - 104 ) см з, Вся система находится в продольном магнитномполе. Работа устройства аналогичнапредыдущему, Использование в качестве анода металлической сетки с размером ячейки сотен микрон (геометрическая прозрачность 70-807) связано с необходимостью вынесения анодного потенциала в плазму, заполняющую А-К зазоры. Для указанной вышеплотности плазмы и характернойэлектронной температуры 10 эВ (слабостолкновительная плазма) в магнитном поле 10 Э параметр Холла, определяющий ее проводимость вдоль ипоперек магнитного поля и равныйУ /е, где Я е - ларморовская частотаеэлектронов плазмы, 1 е; - частотастолкновений .электронов и ионовплазмы, велик. В результате проводимость плазмы поперек магнитногополя резко (на несколько порядков) уменьшается, и вынос потенциала анода в плазму в отсутствии металлической сетки становится невозможным. Плазма будет находитьсяпод потенциалом катода из-за сохранения проводимости вдоль магнитного поля.Использование в этом устройствепродольного магнитного поля, препятствующего попаданию на анодэлектронов, эмиттированных с катодов, значительно увеличиваетэффективность генерации ионов и,тем самым, устраняет недостатокприсущий аналогу. Однако использование в качестве анода металлической сетки, расположенной поперекмагнитного поля для вынесенияанодного потенциала в плазму,снижает ресурс работы ускорителяиэ-эа разрушения сетки, практически ограничивая его режимом одиночных выстрелов.Целью изобретения является увеличение ресурса работы ускорителяионов,Поставленная цель достигаетсятем, что в ускорителе ионов, содержащем соленоид, высоковольтныйгенератор импульсных напряжений,подключенный к анодному блоку, два20 30 40 противостоящих катода и плазменныйисточник, расположенный со стороны одного из катодов, анодный блоквыполнен в виде двух соосных кольцевых электродов, разделенных изолятором, на каждом из электродовукреплена система проводящих пластин так, что ребра пластин, принадлежащих разным электродам, обращены друг к другу и разделены изолирующими вставками, а электродыприсоединены к дополнительному источнику импульсов высокого напряжения.Устройство поясняется чертежом.На чертеже приняты следующиеобозначения; 1 - высоковольтныйгенератор импульсных напряжений,2 - соленоид для создания продольного магнитного поля, 3 - катодывысокой прозрачности (803) для ионов, 4 - плазменный источник, 5 -кольцевые электроды анодного блока,6 - изолятор, 7 - система проводящих пластин, 8 - изолирующие25вставки, 9 - дополнительный источник высокого напряжения.Устройство работает следующимобразом,Включается соленоид 2, в моментдостижения максимума магнитногополя срабатывает плазменный источник 4, создающий плазму плотностью(1 О - 10 ) см с заданным сортом ионов, которая через один изсетчатых катодов 3 натекает в А-К35зазоры и.в дальнейшем является источником ионов. С задержкой 1,равной времени заполнения А-К зазоров плазмой от плазменного источника 4, на электроды 5 анодногоблока, разделенные изолятором 6,подается высокое напряжение отдополнительного источника 9, Междуребрами пластин 7 по поверхности45диэлектрика происходит электрическийпробой, облегченный наличием плазмыот плазменного источника 4. При этомпоперек магнитного поля (вдольпластин 7) образуется плотная плазмаи -э 50с концентрацией 1 О см в основномводородсодержащего состава. Диффузияэтой плазмы внутрь зазоров междупластинами 7 приводит к образованиюплотного плазменного слоя в плоскостиперпендикулярнои магнитному полю,н 55Отсутствие плотной водородсодержащейплазмы в А-К зазорах достигаетсявыбором продольного размера 1 кольце-. вых электродов 5 и расстояния 3 между пластинами 7 решетки, которые6 Д = чч где 1 п,- продольная и поперечная скорости диффузии плазмы в магнитном поле . Различие в скоро - стях дифФузии плазмы даже в десять раз при расстояниях между пластинами 7единиц миллиметров приводят к разумным продольным размерам плотного плазменного слоя. Создание плотной плазмы вдоль пластин 7 с последующей диффузией ее в зазоры между пластинами приводит к образованию плотного плазменного слоя с хорошей пространственной локализацией. Так как для плазмыа -зс плотностью -10 см и с электронной температурой 10 эВ частота столкновений ; электронов и ионов плазмы существенно возрастает и указанный выше параметр Холла становится малым, то проводимость такой плазмы поперек магнитного поля восстанавливается, Поэтому плотный плазменный слой, находящийся в контакте вдоль магнитных силовых линий с плазмой, созданной плазменным источником 4, обеспечивает вынос в последнюю анодного потенциала. В момент 1 образования плотного плазменного слоя на один из электродов 5 поступает импульс напряжения положительной полярности от высоковольтного генератора 1. Второе из колец находится под тем же потенциалом, что и первое, из-за шунтирующего действия-плотного плазменного слоя. Все напряжение, приложенное к аноду, сосредотачивается между катодами 3 и границами плазмы, прилегающими к ним. Электроны, эмиттируемые с катодов 3, осциллируют между ними в продольном магнитном поле. Ионы с границ плазмы, проходя приложенную разность потенциалов, поступают на катоды. При выполнении условия 1) 1; , где 1ионный ток Чайльда-Ленгмюра, 11 ионный ток насыщения из плазмы, границы плазмы отступают от катодов. При этом генерируются два пучка, один из которых используется. Вследствие высокой прозрачности металлической решетки907) доля перехватываемых ею электронов невелика. Кроме того, разрушаются только ребраРедактор Л.Горькова Техред О.Ващишина Корректор Е.Сирохман Заказ 99/4 тираж 767 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5Филиал Л 1 П "Патент", г.ужгород, ул,Проектная,4 5 1047370 6плаСтин , что при достаточной их достоинства прототипа , позволяетщирине несущественно . Поэтому резко повысить ресурс работыпредлагаемая конструкция , сохраняя до 10 - 10 )