Импульсный ускоритель ионов металлов

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам 0 СИ 3 соРг) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 ," 0 цк авторскому свидетельству(71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (56) Габович М,Д. Физика и техника плазменных источников ионов. М.: Атомиздат, 1972, с.83. Авторское свидетельство СССР Х 1590017, кл. Н 05 Н 5/00, 1987, (54) ИМПУЛЬСНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ(57) Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в качестве генератора ускоренных ионов в устройствах технологического назначения, в различных отраслях техники, а также при проведении научных исследований. Целью изобретения является повыщение КПД. Ускоритель содержит ускоряющую систему с(51) б Н 05 Н 5/00 катодом 1 и анодом 2, Проводящий стержень 3 размещен в полости анода 2 и заключен в керамическую трубку 4, Магнитаная система 5 свободными концами токопроводящих элементов б подключена к концам стержня 3 и анода 2, Генератор плазмы с катодом 7 и поджигающим электродом 8 размещен в полости анода 2, Токоподводящие элементы б выполнены в виде витков большого и малого диаметров, равных соответственно диаметру анода 2 и трубки 4, Витки включены в последовательности: виток большого диаметра в одной из плоскостей - виток большого диаметра в другой плоскости - виток малого диаметра в этой же плоскости - виток малого диаметра в плоскости первого большого витка, Витки, принадлежащие одной плоскости, имеют одинаковое направление навивки, Витки, принадлежащие разным плоскостям, навиты3 1639401 встречно, Благодаря конструктивным особенностям ускорителя достигается увеличение тока пучка, 2 ил, 1639401Изобретение относится к ускорительной технике и может использоваться в качестве генератора ускоренных ионов в устройствах технологического назначения в различных отраслях техники, а также при проведении научных исследований.Целью изобретения является повышение КПД.На фиг. 1 изображена конструктивная схема импульсного ускорителя ионов металла; на фиг, 2 показано расположение и включение токопроводящих элементов магнитной системы,Ускоритель содержит ускоряющую систему с последовательно и соосно расположенными катодом 1 и анодом 2, Проводящий стержень 3 размещен в полости анода 2 соосно с ним и заключен в керамическую трубку 4. Магнитная система 5 свободными концами токопроводящих элементов б подключена к концам стержня 3 и анода 2, обращенным к катоду 1. Генератор плазмы с катодом 7 и поджигающим электродом 8 размещен в полости анода 2. Источники питания 1.1 уск, Угл, 1 н, 11 ь подключены к ускоряющей системе и к генератору плазмы. Токопроводящие элементы б выполнены в виде размещенных в двух плоскостях витков большого и малого диаметров, равных соответственно диаметру анода 2 и керамической трубки 4, Витки включены в последовательности; виток большого диаметра в одной плоскости - виток большого диаметра в другой плоскости - виток малого диаметра в этой же плоскости - виток малого диаметра в плоскости первого большого витка, Витки, принадлежащие одной плоскости, имеют одинаковое направление навивки. Витки, принадлежащие разным плоскостям, навиты встречно. На фиг. 1 обозначен дополнительный постоянный магнит 9 с полюсами ХБ,Устройство работает следующим образом, Включают источники питания генератора плазмы и ускоряющей системы. При этом осуществляется поджиг разряда, ионы из плазмы которого под действием поля катода 7 ускоряются и бомбардируют катод 7. Поверхность катода 7 распыляется, и частицы распыленного вещества ионизуются. Это способствует возникновению дугового разряда между катодом 7 и анодом 2. Катодное пятно, сформировавшееся на катоде 7 под действием магнитного поля постоянного магнита 9, перемещается к торцу катода 7. Плазма этого разряда заполняет полость анода 2 и ускоряется в азимутальном магнитном поле, создаваемом проходящим по стержню 3 током разряда в сторону катода 1. В поле магнитной системы 5 электроны плазмы задерживаются, а ионы проходят в ускоряющий промежуток и ускоряются полем катода 1, В полости катода ионы производят ионизацию атомов остаточного газа и выбирают электроны с поверхности катода 1, Электроны, образовавшиеся в результате ионизации и выбитые с катода, ускоряются к аноду 2, но удерживаются полем магнитной системы 5, предотвращая их прохождение на анод и снижая нагрузку источника ускоряющего напряжения.Используемая в ускорителе магнитная система имеет по сравнению со спиралью Архимеда прототипа более высокую прозрачность, что обеспечивает уменьшение потерь ионов и ведет к повышению КПД устройства.Кроме того, в рассматриваемой конструкции создается трехслойное радиальное магнитное поле, поскольку основной радиальный магнитный проток, возбужденный между витками, замыкается над и под витками, но в противоположном направлении. Благодаря этому по сравнению с прототипом достигается более полная задержка электронов, нагружающих источник питания (снижающих КПД ускорителя), что ведет к увеличению эффективности и КПД ускорителя, Магнитное поле, создаваемое витками, по сравнению с полем многозаходной спирали является радиальным и практически не имеет азимутальной составляющей, что обеспечивает дрейф электронов в основном в азимутальном направлении, вследствие чего уменьшается дрейф электронов в радиальном направлении. Азимутальный дрейф электронов является замкнутым. Следовательно, электроны, двигаясь в ускоряющем промежутке по замкнутым траекториям, не попадая на анод, уменьшают электронную загрузку источника питания. При радиальном же дрейфе электроны со скоростью =Е 2/В 2=10 см/с дрейфуют в зависимости от направления тока, либо к оси системы, либо к наружному краю системы. В этих местах происходит накопление электронного заряда и даже при величинах магнитных полей, значительно превышающих критическое, за счет неустойчивости электронного потока происходит срыв электронов на анод, Это приводит к существенному уменьшению эффективности работы ускорителя прототипа.Наличие в предлагаемом устройстве зон с замкнутым азимутальным дрейфом электронов, предшествующих ускоряющему промежутку, позволяет существенно увеличить