Индукционный ускоритель электронов

Сотоэ Советских Социалистических Республик(11) 522674 ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВеОРСКОМУ СВИДИТВЛЬС 7 ВУ(22) Заявлено 03,01,75(21) 2091376/26-2с присоединением заявкиН 05 Н 11/00 сударстаеннын комитетсвата Эйинистроа СССРпо делам изобретенийи открытий(45) Дата опубликования описания 25,05,78 53) УДК 621.38ойлектронных реляти ности для колл ияФ лазменн Известен ронов, содерект- ка- одмеру, отражаю ной точке,роме то ан выполнен в виде ж оба с меньшимметрии,чение плоскости сим Вместе с те газа и созпредва иеврзаряженыос тью ительная иониза айоне движения пуч ой плазмы высоибо каким-то друолучить условия к оложительностотной мощи оч гим сам разом позвкусировки оляет п илытот чног а электотносится к ускорительн аэначено для получения э вистских колец большой п ктивных методов ускорен исследований и тд,дукциониый ускоритель эл жатций инжектор, вакуумнуюий экран, заземленный в Недостатком этого, устройства является необходимость создания внешних электрических полей, использование инфлектора, требование высоких значений энергии инжектируемых частиц, 1 спользовапие самофокусирующихся сильноточных пучков электронов и с помощью экрана "зеркального захвата" электронов на замкнутуто орбиту в газе низкого давления 0,1 - 0,2 мм рт, ст, позволяет получать электронные кольца большой плотности, но не позволяет из-за рассеивания на молекулах газа получить время жизни такого пучка более нескольких десятков микросекунд, Кроме того, время действия механизме "зеркального захвата из-за ко 2нечной проводимости стенок отражающего .экрана ограничено и, например, для медисоставляет несколько десятков микросекунд.Бель изобретения - увеличение циркулиЗ рующего тока электронов и времени жизни,Лля этого в предлагаемом устройствеотражающий экран выполнен симметричноразомкнутым оптосительно поперечного разреза, каждая из половин экрана через клем 1 О му и индуктивность подключена к выходугенератора импульсов тока, а симметричноотносительно экрана размещены два разомкнутых электрода, каждый иэ которых подключен через клемму к выходу высокочастотного генератора,.3ронов при боле низком давлении остаточного газа (10 - 10 фмм рт, ст), а искусственное поддержание тока зеркального изображения в желобе позволяет ликвидироватьзатухание наведенного пучком электроновтока из-за конечной проводимости материала желоба,На фиг. 1, 2 и 3 схематично показанпредлагаемый индукцианый ускоритель исистемы питания желоба; на фиг. 4 и 5 - 1 оэпюры токов в схеме.Ускоритель содержит обечайку 1 вакуумной камеры, отражающий экран 2 электроды 3 высокочастотного разряда, вакуумноплотные выводы 4, 5 и 6, 7 соответственно отражающегоэкрана и высокочастотноймощности, инжекционный патрубок 8, сильноточный инжекторэлектронов, катушку10 импульсного магнитного поли, буферныеиндуктивности 11, генераторы 12 и 13, 20соответственно импульса тока и выоокочас-тотной мощности,На фиг. 4 и 5 показаны эпюры токов всхеме: 14 - циркулирующий ток электроновв камере (например, для участка аб, фиг. 1)2515 - зеркальное отображение тока в отражающем экране (на участке аб; фиг. 1),16 и 17 - ток генератора 12 импульсовтока в отражающем экране, 18 - сечениеинжектируемого пучка электронов, 19 -распределение плотности тока по сечениюотражающего экрана 2 в виде желоба сменьшим сечением в плотности симметрииот генератора импульсов,.В обечайке 1 вакуумной камеры помещенотражающий экран 2, выполненный в видежелоба с меньшим сечением в плоскостисимметрии, Желоб имеет разрыв; концыжелоба через выводы 4 и 5 и буферныеиндуктивности 11 подключены к генератору12 импульсов тока, Желоб имеет одну точку заземления в районе инжекционного патрубка 8, который непосредственно соединенс анэдэм сильнэтэчногэ инжектора.Симметричнэ этнэсительнэ желоба с двух стэрэн распэлэже 45вы разомкнутые электрэды З,кэтэрые электрически изолированы от металлических поверхностей. ускорителя. Каждый электродчерез проходные выводы 6 и 7 подключен56к генератору высокочастотной мощности13, Симметрично относительно медианнойповерхности ускорителя расположены ступени ускоряющих катушек 10 магнитнойсистемы,Ускоритель работает следующим образом.В исходном состоянии все элементы ускорителя обесточены, В вакуумной камересоздано требуемое давление порядка 10а ф-610 мм рт, ст. В интервале времени 1 - 10 (см. фиг. 4) от генератора 13 на электроды 3 подается ВЧ-мошность. Втечение этого времени происходит ионизация остаточного газа в камере и созданиеев области А, прилегающей к желобу 2 плазмы требуемой концентрации (порядка 10 - 10 ионов/см ). Примерно такой же конценФ 3трацией электронов по объему обладает релятивистский электронный пучок, инжектируемый сильнотяным инжектором, В это же время Ф, происходит инжекция электронов в камеру. Образование положительно заряженной плазмы происходит из-за различной подвижности электронов и ионов газа, За счет большей подвижности электроны быстрее удаляются из межэлектродной области и оседают на праодящих поверхностях желоба и электродов, В момент , или позднее происходит отключение ВЧ-мощности, но из-за конечного времени рекомбинации ионизированного газа в течение нескольких сот микросекунд в области, прилегающей к желобу остается положительно заряженная плазма, требуемую степень ионизации которой в дальнейшем пучок создает сам за счет соударений с молекулами газа. При этом происходит компенсация заряда инжектируемых электронов ионами плазмы и создаются условия для само- фокусировки сильноточного электронного пучка,При прохождении пучка электронов вблизи проводящей поверхности (желоба) в ней наводится зеркальное отображение циркулирующего тока, но другого направления,Если проводимость желоба бесконечно большая, то величина наведенного тока равна току пучка и время циркуляции пучка электронов в желобе зависит только от условий фокусировки и времени жизни пучка в остаточном газе. Такая ситуация показана на фиг, 4 (кривая 14 - циркулирующий ток пучка, кривая 15 - ток зеркального изображения в желобе), Однако при этом желоб должен быть замкнутым, что делает невозможным последующее ускорение пучка электронов перемэнньгм во времени магнитным полем из-за демпфирования переменного потока короткозамкнутым витком, В течение времени 1- 1 пучок электронов совершает первый оборот, в течение времени- Ф,- второй и т. д. Изготовление, сверхпроводящей поверхности, работающей при рассмотренных выше условиях, в настоящее время технологически не представляется возможным.Если отражающий экран выполнен из материала конечной проводимости и с относительной магнитной проницаемсстьюблизкой к едипнце то начинает сказываться скинэффект и диффузия электромагнитного поля в материале экрана. При этом существенную роль играет чистота обработки рабочей пьверхности желоба, поскольку глубина проникновения поля (син-эффект) и область, в которой наводится ток зеркального изображения, составляют десятки микрон, В случае замкнутого желоба и прекращения инжекции и установления круглого тока зеркального изображения наступает квазистационарный 10 режим. Ток зеркального изображения за счет падения напряжения на материале желоба начинает затухать с постоянной времени С, величина которой для меди составляет десяъ. ки микросекунд, при этом также происходит 15 диффузия поля пучка в металл, и пучок за счет центробежной силы ложится на желоб и прекращает свое существование, Зля компенсации затухания величина тока зеркальн ого из ображения в предлагаемом 0 устройстве генератором 1 2 импульсов тока в желобе создается дополнительный токкривая 16 (см. фиг. 4), время нарастания которого соответствует времени затухания тока зеркального изображения, а величина тока генератора равна или больше тока зеркального иэображении в случае толстостенного отражающего экрана, Возможно предварительное наведение тока в желобе от генератора 12; при этом ток зеркального изоб ЗО ражения в желобе будет суммой постоянного ,тока генератора и наведенного тока зеркального изображения (кривая 17), В этом случае за счет выполнения отражающей поверхности в виде желоба переменного сечения возможно создание дополнительных боковых фокусирующих сил путем выбора соответствующего профиля распределения плотности тока по сечению желоба (кривая 19 фиг, 5),Выполнение желоба с разрывом и подклю 1 ение его к генератору 12 тока через индуктивности 11 позволяет практически исклю- чить демпфирование желоб ом переменного вовремени магнитного поли при ускорении и сжатии электронного кольца,Применение предварительной ионизация остаточного газа низкого давления, создание плазмы в районе прохождения пучка позволяет компенсировать расталкивающее действие кулоновских сид и тем самым формировать электронные кольца на равновесном радиусе магнитной системы большой плотности с циркулирующими токами десятков кило- ампер. Это делает предлагаемый индукционный ускоритель электронов наиболее эффективным для коллективного метода ускорения, создания "бесстеночных ловушек" при исследовании горячей плазмы и т,д.Формула изобретения1, Индукционный ускоритель электронов, содержащий инжектор, вакуумную камеру, отражающий экран, заземленный в одной точке, о т д и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения циркулирующего тока электронов и времени жижи, экран выполнен симметрично разомкнутым относительно поперечного разреза, каждая из половин экрана через клемму и индуктивность подключена к выходу генератора импульсов тока, а симметрично относительно экрана размеще- ны два разомкнутых электрода, каждый из которых подключены через клемму к выходу высокочастотного генератора.2, Ускоритель по п, 1, отличающ и й с я тем, что экран выполнен в виде желоба с меньшим сечением в плоскости симметрии, 522674Тираж Заказ 3293/31111 ИИ ПИ илиал ППП "Патент, г, Ужгород, ул, Проектная,1 осударс твецн ог по делам изобр35, Москва, Ж,092 Подписноекомитета Совета Министров СССРтений и открытийаушская набд, 4/5