Ионная пушка

ОПИСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ" 638221 Союз Советских Социалистических Республик(23) Г 1 р нор и тетв оо делам изобретений и открытий(71) Заявитсль Научно-исследовательский институт ядерной физики,электроники и автоматики при Томском ордена Октябрьской Революции -"и ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им. С. М. Кирова(54) ИОННАЯ ПУШКА ЭТО устройство позволяет получить ионные пучки с плотност 5 но тока, рассчитанной 1Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для генерации сильноточных ионных пучков.Известна ионная пушка 11, 21, состоящая нз соленоида, создающего импульсное магнитное полс, и отражательного триода, имеющего два полупрозрачных металлических катода с общим тонким анодом, состоящим нз металла и диэлектрика и укрепленным на высоковольтном электроде.В такой пушке при поступлении поло;кительного высоковольтного импульса на анод под действием электрического поля электроны эмнттируются с катодов и ускоряются, совершая многократные прохож. дення анода, колеблясь между катодами Потери энергии электронов пучка на ионизацию материала анода способствуют разогреву матерна.гя анода и образованию в прианодной области плазмы. Из плазмы под действием электрического поля вытягиваются в направлении к катодам ионы, которые выводятся пз пушки для использования, Создаваемое соленоидом импульсное магнитное полс необходимо для ликвидации потерь электронов нз-за кулонов- ского расталкивания на обод анода,по закону Чайльда-Лэнгмюра, и полным током в десятки килоампер.К недостаткам устройства относитсябыстрое разрушение анода за одно или не сколько срабатываний ионной пашки поддействием электронного пучка.Известна ионная пушка, содержащаявнешний соленоид, анод, выполненный из проводника с диэлектрическими вставками, проводягций катод с диэлектрнческои вставкой на торце, расположенный коаксияльно внутри анода. В катоде имеются отверстия, размещенные напротив диэлектрических вставок анода 131.Прп поступлении высоковольтного положительного нмпмлься на внешний метал, нческий анод за счет разной электрической длины в металле н в диэлектрике по поверхности янодной диэлектрической 20 вставкой на торце, расположенный коаксипробоя получается плазма. Из плазмы в пределах каждой анодной диэлектрической вставки формируется поток ионов, ускоряется электрическим полем и проходит через 25 отверстия в катоде. Двигаясь внутри катода, ионы, нейтрализованные во всем объемс катода по заряду электронами тлазмы, образованной бомбардировкой ка тодной диэлектрической вставки частью ионов, достигают осн катода н затем осе63822 3дают либо на стенках дстсктора, либо настенках катода, Импульсное магнитное поле, создаваемое соленоидом, обеспечиваетполную отсечку электронного тока в диоде,Устройство позволяет увеличить срок 5слукбы анода, однако вывод нуа ноноьв нем цевозмокец,Цель изобретения - вывод сильпоточпого ионного пучка из пушки.Цель достигается тем, что анод и катод 10поцноц пушки выполнены в виде усеченныхконусов раструбами в сторону вывода ионного пучка, причем радиус диэлектрическойвставки соотносится с радиусом меньшегооснования катода как 15 р - с где Ую - напряжение, приложенное к ди.оду; 20б - объемная плотность заряда ионов,а высота катодной диэлектрической вставки равна длине отрезка, ограниченноготочками пересечения оси катода с плоскостью, проходящей через меньшее основание 25катода, с одной стороны, и перпендикуляром, восстановленным в центре отверстияпервого ряда от основания катода,11 а чертеже показана конструкция ион.ной пушки. 30 Ионная пушка содержит внешний соленоид 1, анод 2 - 6 и катод 7, выполненные в виде усеченных полых конусов раструбами в сторону вывода ионного пучка, причем катод расположен коаксиально внутри анода, Анод состоит из внешнего металлического конуса 2, соединенного с высоковольтным электродом, изолятора 3 и внутренного металлического конуса 4 с отверстиями на его боковой поверхности под анодные диэлектрические вставки 5, являющиеся источниками ионов. Б центр каждой анодной диэлектрической вставки 5 гведен металлический стержневой электрод 6, соединенный с внешним металлическим конусом 2. На боковой поверхности катода 7 в соответствии с положением анодных диэлектрических вставок 5, сдела. ны отверстия для вывода ионных пучков. Диаметр отверстий д . дгде а. - диаметр анодной диэлектрическои вставки 5. К торцу 7 крепится диэлектрический колпак 8, служащий для подавления эмиссии электронов с основания катода, и катодцая диэлектрическая вставка 9, обеспечивающая нейтрализацию объемного заряда ионов, движущихся внутри катода 7. Катодная диэлектрическая вставка 9 выполнена в ви де цилиндра с радиусом основания Ри высотой й, Одним из оснований она крепится к диэлектрическому колпаку 8, а высота ее выбрана равной длине отрезка, ограниченного точками пересечения оси катода с плоскостью, проходящей через мень 35 40 45 50 55 50В) 34 КУю-/й,где К - масштабный фактор, К = 2;д - зазор между анодом и катодом, см, Ую -- напряжение, приложенное к диоду, ЧВ,В - напряженность магнитного поля,кГс.Сформированные потоки ионов входят через отверстия внутрь катода и движутся под углом 3 ( 90 к его оси. За счет кулоновских сил расталкивания между симметрично сходящимися к оси конуса по. токами их радиальная составляющая скорости уменьшается до нуля, но при этом продольная составляющая скорости сохраняется. Часть ионов, входящих через отверстия ряда, расположенного ближе других к меньшему основанию катода, бомбардирует катодную диэлектрическую вставку 9 и создает ца ее поверхности плазму, Под действием электрического поля, создаваемого объемным зарядом ионов, входящих через остальные отверстия, из плазмы вытягиваются электроны и движутся вдоль силовых линий магнитного поля 10, образуя канал плазменных электронов, Радиальный размер канала определяется радиальным размером катодной диэлектрической вставки 9. Радиус катодной диэлектрической вставки 9 выбран равным радиусу, на котором ионы, движущиеся к оси катода, потеряли полностью или большую часть радиальной скорости, и рассчитывастся по формуле р с е - игы где Я - радиус катодной кой вставки 9;диэлс ктричес 14шее основание катода, и перпендикуляром к боковой поверхности катода, восстановленным в центре отверстия первого ряда ог основания катода.При поступлении высоковольтного импульса положительной полярности на внешний мсталличсский конус 2 анода и соединенный с цим металлический стержневой электрод 6 происходит пробой по поверхности анодной диэлектрической вставки 5 между внутренним металлическим конусом 4 и электродом 6 за счет разнои электрической длины изолятора 3 и электрода 6. Этот пробой приводит к образованию плазмы, служащей источником ионов, Под действием электрического поля в пределах каждой анодной диэлектрической вставки 5 в направлении к катоду 7 формируется ионный поток. Импульсное магнитное поле внешнего соленоида 1 обеспечивает отсечку электронного тока в зазо ре между анодом и катодом в течение всего импульса, т. е, выполнено условис магнитной изоляцииОЛ - радиус мсиьшего основания катода 7;Ус - напряжение, прило;кенное к диО,.1, с;сЭ - ОбЪЕМая ПЛОтИССтЬ Зарядаионов.После попадания в область канала плазмсиныс( электронов ионный поток становится зарядо-нейтральным (отсутствует кулоновское расталкивание) и при движсниивдоль оси катода со скоростьо, опрсделяс асмой форнсоо: =1 " ссср,л,г;1 С1" напр 51 жснис, Н 1 Н 1 ложсннос к диОД",д - заряд иона;,1 - масса иона;3 - угол, под которым нормаль к боковой повер.лости катода пересекает ось катода,выводится из пушки.Предлагасмая ионная пушка позволяетполучать сильноточные ионные пучки вы.сокик плотиостсй 110 - 10 Л с 2), представляощис оольшой интерес в планс реализации управляемого термоядерного синтеза, а также в физике ядра и с.Снныхс нсю областях.Формула изобретения1. Ионная пушка, содержацая внешний соленоид и диод, анод которого служит источником ионов и расположен коаксиально спаруки катода, выполненный из про. водника с диэлектрическими вставками,проводящии катод с диэлектричсской встаь-кой на торце, с отверстиями напротив диэссктрически.( вставок анода, отличающаяся тем, что, с цслью вывода сильно- точного ионного пучка из пушки, анод и катод се вьшолнсны в видс усеченными конусов раструбами в сторону вывода ионноо пучка.р ичсм ра;1 иус;1 иэ,1 с 1(тричсс кой ьставки соотОситс 5 с радиусом меньшсго О основания катода как г;с Уо - напря 5 кснис, присО 1 ксннос к;1 и ОДУ;б - обьемная лотность зарядионов.2. Пушка по п. 1, отлича ощаясятем, что высота диэлектричсской вставки о равна длинс Отрсз(а, Ограничснного точ(аъи перессчсни 51 оси катода с плоскостью, проодящс чсрез меньиСе основание като;а, и перцсндикуляром к боковой поверхности катода, восстановленным в центрс 26 отверстия исрвого ряда от основания катода.Источники информации,принятые во впиманис ири экспсртизс1. Г. М. Вас; Со(с 1.; 1 арсапаЗО оэ С. Л. В. ЛП 1. Р 1 ув. ос. 20, 1381,1975 г.2. С, А, Кареапа 1(оз, 1(. 1. Раг 1(ег;К. К. С 11 ц. Лрр 1. Р 11 у.е. 26, 284, 1975 г,3. Л, 1-1 ппр ге.-; 1 г, К. ;. Япдап;35 1 Ысу. 1. Лрр 1. Рзуз. 47, Х 6, 2382,1976 г.638221 Составитель И. Петров1 ехред Л, Куклина 1(орректор 3, ТаРасова Подписное Цзд,о 12 оВ 1-П 1 ИПИ Гос дарственного по дслагп изобретений и13035, Москва, Я(-35, Раушс агорска я типография Упрполиграфпздата Мособлисполком 1 едактор Е, Хейфиц Заказ 2792 Тираж 856оги итета СССР открытииая наб д 4/5