Ускоритель ионов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

3Н М М

РЕСПУБЛИН

09) (1!) A

15Р 4 Н 05 Н 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

З С"" -OllH0AHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3347639/18-21 (22) 21. 10.81 (46) 28.02. 86 Бюл. В 8 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.M.Êèðoâà (72) В.М.Быстрицкий и А.В.Петров (53) 621.384.6(088.8) (56) Ch. Okada et аИ Ор iшиш AnodeCathode Spacing in Reflex Triode Ion

Source" Japanese Jonrn.Арр1. Phys.

V.15, 9 8, р. 1615» 1976.

С.А.Kapitanakes., I.louden et

af."Recent Results on the Generation of ion Rings" International Topical Conference on High Power Electron and Ion Beam Research and

Technology 3 Novosibirsk, 1979, v,1, р.78. (54) (57) УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ, содержащий генератор высоковольтнык импульсов, соленоид и размещенные внутри соленоида противостоящие сетчатый катод и цилиндрический полый анод с проводящим диском на торце, удаленном от катода, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения ресурса работы и расширения диапазона ускоряемых ионов, он снабжен импульсным гаэовьм клапаном, расположенным внутри полого анода, при этом в корпусе анода вблизи катода выполнена кольцевая щель с профилем стенок в виде сопла Лаваля,. и дополнительно источником импульсов напряжения, электрически соединенным с анодом, а диаметр проводящего диска и сетчатого катода больше диаметра анодного цилиндра.

1018581

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для получения мощных ионных пучков наносекундной длительности

Известен ускоритель, содержащий массивный катод и анод, выполненный из водородсодержащего пластика, полупрозрачный для электронов.

При приложении высоковольтного импульса напряжения к аноду электронный пучок, эмиттируемый катодом, совершает многократные колебания между реальным и виртуальным катодами, проходя при этом через анод и разогревая его. В результате образуется плазма — источник ионов.

Ионы вытягиваются из плазмы как в сторону реального катода, так и в сторону виртуального.

Недостатками отражательного триода являются также низкий ресурс работы из-за разрушения пленочного анода и ограниченный диапазон ! ускоряемых ионов.

Наиболее близким техническим решением является ускоритель ионов, в котором ионная пушка представляет собой инверсный тетрод (в таком тетраде ионный пучок выводится через реальный катод). Ускоритель состоит из генератора высоковольтных импульсов, соленоида, внутри которого размещены противостоящие анод и ка-1 тод. Анод выполнен в виде полого цилиндра, один торец которого (близкий к катоду) закрыт полиэтиленовой пленкой, а вторым концом анод соединен с ичточником высоковольтных импульсов ° Внутри анода (на оси) помещен диск из нержавеющей стали, электрически соединенный с анодом.

Плазма в этом устройстве получает-ся способом, аналогичным предыдущему.

Ионный пучок вытягивается через реальный катод.В сторону виртуального катода (который образуется между анодной пленкой и диском) пучок не идет, так как вследствие конечной индуктивности анода потенциал диска выше,, чем у анода.

Малый ресурс работы из-за разру" шения пленочного анода и ограничен-ный диапазон ускоряемых ионов, также обусловленный применением пленок, остаются недостатками устройства.

Целью изобретения является увеличение ресурса работы и расширение

45 функциональных воэможностей ускорителя за счет расширения диапазона ускоряемых ионов.

Цель достигается тем, что ускоритель, содержащий генератор высоковольтных импульсов, соленоид, внутри которого размещены противостоящие сетчатый катод и цилиндрический полый анод с проводящим диском на торце, удаленном от катода, снабжен импульсным газовым клапаном, расположенным внутри полого анода, при этом в корпусе анода вблизи катода выполнена кольцевая щель с профилем стенок в виде сопла Лаваля, и допол нительным источником импульсов напря-жения, электрически соединенным с анодом, а диаметр проводящего диска и сетчатого катода больше диаметра анодного цилиндра.

На чертеже приведена схема предложенного устройства.

К положительному электроду генера-, тора 1 высоковольтных импульсов электрически подсоединен анод 2, выполненный в виде цилиндра. На торце анодного цилиндра, соединенном с высоковольтным электродом генератора l, укреплен проводящий диск 3. На другом торце размещен импульсный газовый клапан

4. Истечение газа происходит в радиальном направлении через кольцевую щель 5 с профилем сопла Лаваля вблизи торца анода. Анод соединен также с дополнительным источником 6 высокого напряжения. Катод 7 изготовлен из сетки с большой прозрачностью и закреплен на корпусе 8, который помещен внутрь соленоида 9.

Устройство работает следующим образом. Включается соленоид 9, создающий аксиальное магнитное поле.

В момент достижения максимума магнитного поля срабатывает импульсный газовый клапан 4 и через кольцевую щель 5, имеющую форму сопла Лаваля, в объем напускается порция газа.

Определенная конфигурация сопла

Лаваля обеспечивает нужную форму газового облака: аксиальный размер облака равен расстоянию от оси сопла до плоскости катода, наружный диаметр облака равен диаметру катода>

После этого включается дополнительный источник 6 напряжения, на анод

2 поступает импульс напряжения положительной полярности и между анодом и катодом зажигается газовый 1018581

Редактор П.Горькова Техред О.Ващишина

Корректор Е.Сирохман

Тираж 767 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

П 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 919/4

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 разряд. Образуюшаяся при этом плазма под действием скрещенных полей В и радиальной составляющей электрического поля Е вращается в азимутальном направлении, что способствует равномерности разряда и увеличивает степень ионизации. Размеры облака в течение времени ионизации (единицы микросекунд) практически не изменяются, так как максимальная скорость истечения газа ! ,из сопла Лаваля даже для водорода не превышает 10 см/с. Через время необходимое для формирования плазменного облака, на анод подается высоковольтный импульс напряжения от генератора 1;

Под действием этого поля с границы плазмы (прилегающей к катоду 7) начинается. отбор ионов и граница плазмы начинает отступать плазма рассасывается) со скоростью, определяемой плотностью плазмы и первеан-сом ускорителя.

Электроны, эмиттируемые из катода

7, проходят через плазменное облако и формируют по другую его сторону виртуальный катод (ВК) .

Осциллирующие вокруг анода электроны компенсируют пространственный заряд ионного пучка, вытягиваемого из границы плазмы в сторону обоих катодов. Ионы, двигающиеся в сторону ВК, тормозятся полем диска 3

:и не попадают на него, так как потенциал диска 3 выше, чем у плазменного анода, что объясняется конеч-ной индуктивностью анода.

Ионы, двигающиеся в сторону реального катода, образуют кольцевой ионный пучок, который выводится из системы.

Так как в предложенном устройстве источником ионов является плазма, то отсутствует разрушение анода и появляется возможность ускорять разные ионы. Кроме того, данное устройство позволяет увеличить мощность ионного пучка при транспортировке к мишени, так как отбор ионов происходит из границы плазмы, то она начинает отступать {плазма рассасыва1 ется) увеличивается тем самым эффективный А-К зазор, что приводит к увеличению импеданса устройства в течение импульса. Поэтому энергия ионов увеличивается в течение импульса и в пространстве дрейфа происходит пространственное сжатие пучка (быстрые ионы "догоняют" медленные), в результате чего увеличивается мощность ионного пучка при транспортировке к мишени.

Таким образом, в предложенном устройстве одновременно решаются три пробле ы: — увеличивается ресурс работы, так как источником ионов является плазма. — расширяются функциональные возможности, так как появляется возмож35 ность ускорять ионы с А l. — увеличивается мощность ионного пучка вследствие его банчирования.