Способ получения ионов высокой зарядности

(22)Заявлено 06,03 79 (21) 2733789/18-25с присоединением заявки РЙ. 6(088. 8) Дата опубликования описания 03,02.83(72) Авторы изобретения В.Г. Новиков и Э.А. Перельштейн Объединенный институт ядерных исследований(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОНОВ ВЫСОКОЙ ЗАРЯДНОСТИ 1Изобретение относится к области атомной спектроскопии, а именно к источникам многозарядных ионов, и может быть использовано для спектроскопии ионов высокой зарядности, а также для изучения электронных столкновений при больших энергиях электронов и ион-ионных столкновений.В известных способах11, 1 2 , 1 3 )многозарядные ионы получают путем последовательной ионизации нейтральных атомов электронным пучком и удерживают внутри пучка его собственным пространственным зарядом.Большое время удержания ионов в пучке, необходимое для получения высокой зарядности, обеспечивает в способе1 при пропускании в газе прямолинейного пучка электронов большой длительности.о способе 2 длительно удерживают кольцевой электронный пучок с ионами при специальном изменении во времени магнитного поля, которое создаютэлектромагнитом с железным сердечником,Получение многозарядных ионов осуществляется также в коллективном ус 5корителе ионов 1 3 1 способом, включающим формирование релятивистких электронных колец и их сжатие в нарастаю"щем во времени магнитном поле, создаваемом таковыми катушками, и инжекцию нейтральных атомов в сжатое кольцо. Рост магнитного поля на орбитеэлектронного кольца обеспечиваетсяпоследовательным во времени включением отдельных цепей - ступеней сжатия, состоящих из предварительно заряженных емкостей и пар безжелезных токовых катушек. В объем электронного кольца попадают нейтралы2 о из остаточного газа в камере или иэспециально пропускаемой гааовойструи. Ионизация происходит в основ-ном внутри сжатого кольца за счетэлектронно-ионных столкновений,766384 ЭО За счет некогерентного синхротронного излучения кольцо сжимается по радиусу, Характерное время сжа 3Недостаток способа связан с тем, что электронное кольцо вместе с захваченными ионами не удается удерживать в сжатом состоянии продолжительное время (более 1 мс), и ионы высокой зарядности не успевают образоваться. Реальное время удержания в данном способе можно увеличить не более чем в 2-3 раза за счет увеличения емкости или индуктивнос О ти катушек в последней по счету ступени сжатия.Цель изобретения - получение ионов высокой зарядности за счет длительного удержания электронного кольца 15 в сжатом состоянии.В предлагаемом способе цель.достигается тем, что медленно уменьшают индукцию магнитного, поля путем закорачивания токовых катушек и при этом последние охлаждают до температуры, обеспечивающей примерное равенство декрементов затухания магнитного поля и уменьшения радиуса кольца.Для эффективной ионизации плотность электронов в кольце должна быть достаточно высокой на протяжении всего времени его существования в сжатом состоянии. Кроме того, иэ соображений удобств проводимых экспериментов желательно сохранять постоянным средние радиус кольца, Средний радиус кольца без учета потерь энергии электронов на синхротронное излучение возрастает при уменьЭ 5 шении индукции магнитного поля обратно пропорционального квадратному корню из индукции. Само магнитное поле зашунтированных катушек40 уменьшается во времени с декрементом, равным Ь/й(Т)С, где Ь - индуктивность катушек, Й(Т) - их сопротивление, которое вносит главный вклад в омическое сопротивление всей цепи, Т - температура катушек. Для45 катушек заданной формы, величина Ь/Й зависит от начального удельного сопротивления материала катушки, а не от сопротивления катушки или числа ее витков. Увеличение времени затухания магнитного поля достигается при охлаждении катушек за счет уменьшения удельного сопротивления материала. тия определяется декементом, примерно равным 5,610/г С 1,где г(см) - радиус электронного кольца, 0 - релятивисткий фактор вращения электронов,Условие постоянства радиуса кольца во времени можно записать какй(Т)-"90 Ь.1В результате совместного действия излучения и спадающего в времени магнитного поля, создаваемогоохлажденными до необходимой температуры катушками, изменение среднего радиуса кольца можно сделать несущественным в интервале времени100 мс. При этом возможны такие условия, когда малые размеры кольцабудут даже уменьшаться за счет синхротронного излучения. Таким образом,объем кольца сохраняется примернопостоянным в течение длительноговремени спада магнитного поля, чтопозволяет производить глубокую ионизацию атомов, средних в Периодической таблице Д,И. Менделеева и тяжелых, вплоть до урана.На фиг. 1 показана установка дляреализации предлагаемого способа,Установка содержит камеру 1 адгезатора (компрессора), токовые катушки 2 последней ступени сжатия,электронно-ионное кольцо 3, источник тока ИТ с коммутаторами, криогенную систему КС,Возможная электрическая схема цепи последней ступени сжатия показана на фиг. 2.Схема работает следующим образом.Емкость заряжают от источника высокого напряжения через сопротивление й , затем еще она разряжается через управляемый коммутаторпо цепи Ь -й-В. -1 1, =Ь, и В =Киндуктивности и сопротивления первойи второй катушек, й=Г +й, и Ь=Ь ++1., +2 Ь,1,2 - общее сопротйвление ииндуктивность цеги, Ь - взаимнаяиндукадвность катушек), После достижения в момент времени С в цепи значения тока, близкого к максимальному, включают коммутатор К 2 шунтирующий запасенный в индуктивности Ьто,который затем циркулирует в цепи шунтировки до полного затухания. В качестве коммутатора тока можно использовать, например, тиристоры.Формула изобретенияСпособ получения ионов высокойзарядности, включающий Формирование5 766384 6релятивистских электронных колец нитного поля и уменьшения радиусаи их сжатие в нарастающем во време- кольца,ни магнитном поле, создаваемом токо- Источники информации,выми катушками, и инжекцию нейтраль- принятые во внимание при экспертизеных атомов в сжатое кольцо, о т л и- ю 1, Авторское свидетельство СССРч а ю щ и й с я тем, что, с целью Ю 248860, кл. Н О 1 д 3/04, 1968.увеличения зарядности ионов, медлен, Труды 1 У Всесоюзного совещано уменьшают индукцию магнитного по- ния по ускорителям заряженных часля путем закорачивания токовых кату- тиц, 1, "Наука" И., 1975, с. 109.шек и при этом последние охлаждают в 3. Саранцев В.П Перельштейн Э.А,до температуры, обеспечивающей ра- Коллективный ускоритель тяжелыхвенство декрементов затухания маг- ионов ОИЯИ, 1977, с, 449 (прототип).7 б 6384 От синюрониюатора иг.8 Л И оставителехрец А. Баираж 701 го комите ий и откр Раушская Е. Зубиетоваеа т8 2 11 Реда3 н аэ 1 ОВНИИП е по де бретей лиал П ент",. 4 Доектна жгород, ул рак 9/И Государс лам иэо Москва ПП "Пат ССийабо евКорректор Н. Кее - Подписное