Способ генерации многозарядных ионов

.Прототип з ьтский и Б Г, т 5 УГаР 088 сое свидетельство СС Н 05 Н 1/00, 1967,.А. О 1 ОВ РРЗИНОВ СНЕРИЗЕН Б 4 т НОГ(54) ИОНО (57) и те тся Изооретекне откос нике конных ксточ е к способам и ус 3 а конВам иков, РбйСТ тем 1 10 раняются костью и к гда заведомо устНОВ с высоко 1 крато каналу перезатт нкзацп Недостато энсргкя, вкл Пт 1 тОК, ИСПОЛ к состоит оь, чт адываеая В ЬЗУЕТСЯ НЕПОС ии с крайне ма иду короткого ЗЛЕКТРОКО 5 Н О Врем, пролет а т Ооз и Обп а МНОГО ПОР;тл; еье н 1 не Обх О иР ; О: с 1,Плектронный репственно51 О й з 1 Ы 5 е к- времени ля иониза ткнностпре быва дпрки и ВВ ОбОластна дрейфОВ МЕНЬ ного ОНОВ НСТВ пот тр10 тмого Для тонов, На едне 1 У тЕ П 1 ГОСУДАРСТИЕННЬЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ П 4 НТ СССР СПОСОБ ГЕтЕРАЦИИ ИНОГОЗАРЯ.ИтХ Изобретение Относится к фкзикеИ ТЕХНИКЕ ИОННЫХ КстОЧНИКОВ, а КОНКретнее к способам к устройствам ренерацкк многозарядных ионов для ускорителей заря:кеньх частиц и атомньхксс 1 едований,ИЗВЕСТЕН СИОСООт рЕапкзоваННЬЙВ электронно-лучевом источнике многозарядных конон, в котором многократная ио:111 з аци 51 а тоОв производитсяВЫСОКОЭНЕРГЕ тттЬ 1 ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМт РасПРОС ТРЯ 1 ЯЮЗИМСЯ ВДОЛЬ ОДНОродного магнитного поля,Этот способ осу 1 ествяется придавлекиях рабоче; о газа, меньп 11 х нерацки многозарядных ионов для уев КОРИТЕЛЕй ЗаРЯжЕЦЬХ ЧаСтнтт И ЗТОМ- ных исследований. Нелью изобретения является увеличение зарядности конов Способ генерации многозарядных ионов включает вормкрование плазмь в разРЯДНОй КаМЕРЕ т 1 УТЕМ ИНЖЕКЦИИ НИЗКО.- эьергетичного электронного 1 учка вдоль оск симметрии магнитной систеМЫт КОТОРаЯ СОЗДНЕТ.ЗВМКНУтУЮ НОГОКаСПО 1;УЮ ПОВЕРХНОС 1-т В;тУТРт 1 Ра Зттт 11- 1; т Ь а Е П; ," т П 1111 У,1 ОМ П РЛит 1 ЦЫ Н - ЛТК 111 К ПОЛЯ Вттттт 1 Той " ВСОХтОС К На -ПЕ ПП а Зт 1 т 1 Е В В("Г 1 .лт Рт .1 ую 1" мртть Ст"-; - энепгн, Итти ттонеЛктич Ма Н 11 Т 1 ой ИНП,Нтт 1 ВЫби а ЮТ КЗ УСЛОВИЯ ОСЛЛЕГ твтРтта ЗЛЗК;1 ОНК, - цкклбтрснного реонанса на пер 1 ферн 1 разрядной к 1 мег, ".Гфгиватие коконЕСтнпяЮт Эпр;1 троотатттЕСКОй СКСЭКСТР К 1,.1150 ример, при характерной плотности,нергии электронов 20 кэВ для полнойОбдирки атомов аргона требуется не .менее 2 с. Вследствие этого вводимаяв пучок энергия расходуется главнымобразои иа бесполезный разогревхаллектора электронного пучка, чтоделает крайнв высокой энергетическуюцену производимых ионов.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ, согласно которомумногократная ионизация осуществляет;ся .в кварцевой камере, помещеннойв резонатор и в комбинацию магнито,.статического и электромагнитного по-;лей, обладающую замкнутой поверхностьюэлектронного циклотронного резонанса(ЭЦР) и минимумом магнитостатического поля внутри этой поверхности.Для устойчивого поджига испольфзуется холодная форплаэма, образуе (Ъмая на конце натекателя-каппиляраСВЧ-полем.25Для получения замкнутой ЭЦР-по,верхности используется одно- или мно"1 гокасповая магнитная система со1 встречныии магнитостатическими полямиили комбинация зеркальной магнитнойловушки с.поперечной (по отношениюк оси зеркальной ловушки) многокасповой системой (иультиполем) . Экст. ракцию ионов осуществляют вдоль си.ловых линий магнитного поля,Недостатком данного способа явля 35ется низкий выход ионов высокой кратности ионизации вследствие процессовперезарядки на нейтральных атомахпоскольку нижний предел давления,,при котором еще происходит зажиганиеразряда, не превышает 5 10 торр,Между тем перезарядка становится несущественной для процессов многократной ионизация атомов лишь при дав,лениях значительно меньше 10 торр.Цель изобретения - увеличение:эарядности ионов,Указанная цель достигается темчто низкоэнергетический электронныйпучок инжектируется в условиях давления рабочего газа - 10 торр,когда процессы перезарядки являютсянесущественными.Причем инжектируемые низкоэнергетические электроны пересекают ЗЦРповерхность, набирают при этом необ.-ходимую для глубокой обдирки атомовпоперечную энергию и захватываются в магнитную яму, образуя долгоживущуюэлектронную плазму высокой плотности,Внутри ямы электроны совершают осцилляторные движения, в результате чегоих время пребывания в этой области(области, обдирки) на много порядковпревьпиает это же время в прототипе,увеличивая во столько же раз вероятность ионизующего столкновения, чтои обеспечивает низкую энергетическуюцену иона.Потери электронов иэ области удержания (магнитной ямы) компенсируютсянепрерывной инжекцией низкоэнергетического электронного пучка, Ионы,которые образуются в результате соударений атомов и ионов с высокоэнерге-тическими электронами, находятся вотрицательной потенциальной ямеэлектронной плазмы, чем и обеспечива-.ется тем более длительное их удержание, чем выше их заряд, В этих условиях поддержание несамостоятельногоразряда и процессы ионизации происходит при давлениях рабочего газаниже 1 10 торр.Устойчивость плазмы обеспечивается тем, что она находится в минимумемагнитного поля.Инжекцию низкоэнергетических электронов и экстракцию ионов осуществляют вдоль силовых линий магнитногополя в стационарном или импульсномрежимах, причем при импульсной экстракции инжектор электронов должен,работать в импульсном режиме, чтобыполучить максимальное число частицв импульсе: при прекращении поступления электронов потенциал плазмывозрастает, что вынуждает ионы покидать область удержания,Яа фиг. 1 схематично изображеноустройство реализующее предлагаемыйспособ;на фиг,2 - разрез на фиг. 1.Устройство содержит алюминиевыйвакуумный резонатор 1, который одновременно является разрядной камерой(длина 8 см, диаметр 13 см) . Иагнитное поле зеркальной конфигурацииформируется электромагнитами, состоящими из катушек 2 постоянноготока и полюсных наконечников 3, Поперечное магнитное поле многокасповойконфигурации создается системой восьми постоянных магнитов, изготовленных в виде прямоугольных брусковс противоположной намагниченностьюу соседних брусков (бруски из ЯшСо16989 5длиной 10 см и поперечными размерами2,5 Ф 2 см с намагниченностью на поверхности 3,5 кГс), Резонатор возбуждается микроволновым генератором5 мощностью 500 Вт на частоте 2,4 Гцс помощью волновода 6 и согласованной щели 7, прорезанной в одной изстенок резонатора.Сечение плоскостью рисунка замк 10нутой ЭЦР-поверхности (характерныйразмер 5 см) схематически изображенопунктирной линией 8, Электронная пушка, состоящая из .аВ 6, катода 9 и нити косвенного канала 10 расположенав дополнительной камере 11 внутри канала, прорезанного в полюсном наконечнике, Между катодом (диаметр 2 см)и резонатором поддерживается разностьпотенциалов 100 В для инжекции электронов внутрь резонатора (камера обдирки) . Катод расположен между точкой максимума зеркального магнитногополя и ЭЦР-поверхностьв, которая отстоит от внутренней стенки резонаторана расстояние 1,5 см. Двигаясь вдольсиловых линий зеркального магнитногопаля, электроны пересекали ЭЦР-поверхность, где приобретают энергию порядка10 кэВ и захватываются в магнитнуюяму в центральной области резонатора,Напуск рабочего газа осуществляется. при помощи натекателя 12 через дополнительную камеру. Экстракция ионовпроизводится посредством двухэлектродной системы 13 через канал, прорезанный во втором полюсном наконечнике,Проведенные испытания источникапоказали, что зажигание несамостоя"тельного разряда и генерация иного 40зарядных ионов происходят при давлении рабочего газа (аргон) вцлоть доминимального давления, обеспечиваемого .вакуумными насосами, равного 1 10 торр. Использование более совершенной техники позволяет продвинуться в область более низких рабо- чих давлений, Энергетическая цена иона Аг 8+ составляла 6 10 Дж/ион-опри времени удержания электронов 20 мс, Испытания показали, что включение электронной пушки в конструкцию источника позволяет существенно увеличить (на порядок и более) ток многозарядных ионов (Е ) 5), экстрагирувмых из источника, при одинаковых ионных энергозатратах. Формула изобретенияСпособ генерации многозарядных ионов, включающий формирование плаэмМ в .среде .рабочего газа в разрядной камере, в области которой создают с помощью магнитной системы замкну" тую конфигурацию силовых магнитных линий с многокасповой поверхностью и минимумом величины индукции лойя в центре разрядной камеры, нагрев плазмы путем ввода в разрядную камеру СВЧ-энергии, извлечение и формиро ванне потока многозарядных ионов, при этом величину магнитной индукции выбирают из условия осуществления электронно-цнклотронного резонансае на периферии разрядной камеры, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения тока многозарядных ионов и эффективности их извлечения, образование плазмы осуществляют путем инжекции низкоэнергетичнаго электронного пучка в разрядную камеру вдоль оси симметрии замкнутой многокасповой поверхности при давлении рабочего газа менее 10 торр.,.ц 1 водсгенно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 Заказ 4398ВНИИПИ Гоу 1 твеиког 113035 Тираж комитета чо чз Москва, Ж, Подписноеретеииям и открытиям нрц ГКНТ ССушская иаб., д, 4/5