Ускоритель ионов

 

УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ, содержащий генератор высоковольтных импульсов 5анодный и противостоящий ему катодный блок, состоящий из двух концентрически расположенных элементов с кольцевой щелью между ними, по обе стороны от которой со стороны анодного блока укреплены два соленоида, отличающийся тем, что, с с целью упрощения конструкции и расширения ассортимента ускоряемых ионов, анодньш блок выполнен в виде полого цилиндра, торец которого со стороны катодного блока закрыт проводящим диском со сменной острой кромкой, образующей с краем цилиндра кольцевой зазор, диаметр которого соответствует диаметру кольцевой (Л щели катодного блока, диск прикреплен к анодному цилиндру металлическим держателем в виде индуктивного элемента, а приосевая часть катодного блока содержит эмиттер электронов . о ел ее ч СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИМИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (511 4 Н 05 Н 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ABTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ (21) 3406528/18-21 (22) 12.03.82 .(46) 28.02.86. Бюл.№ 8 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте (72) В.М.Быстрицкий, А.В.Петров и В.Г.Толмачева (53) 621.384.6(088.8) (56) S.Ascmphries, R.N.Sudan, 1..11д11еу. Extraction and focusing

of intense ion beams from à magnetically insulated diode" Journ. of

Аррl.Phys. ч,Р, №- 6, р. 2382, 1976.

S. Humphries et all. High current

1 пеат ion accelerators utiliging

electron neutraligation IKEK

Transactions on Nucl. Sciense, v. NS-26, № 3, р.4228-4222, 1979. (54)(57) УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ, содержащий генератор высоковольтных импульсов, анодный и противостоящий ему катодный блок, состоящий из двух концентрически расположенных элементов с кольцевой щелью между ними, по обе стороны от которой со стороны анодного блока укреплены два соленоида, отличающийся тем, что, с с целью упрощения конструкции и расширения ассортимента ускоряемых ионов, анодныи блок выполнен в виде полого цилиндра, торец которого со стороны катодного блока закрыт проводящим диском со сменной острой кромкой, образующей с краем цилиндра кольцевой зазор, диаметр которого соответствует диаметру кольцевой щели катодного блока, диск прикреплен к анодному цилиндру металлическим держателем в виде индуктивного элемента, а приосевая часть катодного блока содержит эмиттер электронов.

Предлагаемое изобретение относит ся к ускорительной технике и может найти применение для получения мощных пучков тяжелых ионов, перспективных дЛя накачки лазеров, для целей инерционного управляемого термоядерного синтеза, имплантации раличных пОверхнОстей и t,ä.

Известен .ускоритель ионов, саста ящий из высоковольтного импульсного источника напряжения, коаксиальных цилиндрических анода и катода, помещенных внутрь соленоида. Равномерно по поверхности металлического анода выполнены отверстия, в которых укреплены металлические иглы, залитые эпоксидным компаундом. В катоде

I напротив игл имеются отверстия, повторяющие норму и размеры эпоксидных включений, При приложении к аноду высоковольтного импульса напряжения па поверхности эпоксидной шайбы (ячейки) между иглой и металлическим краем развивается пробой, в результате которого образуется плазма, являюща— яся в дальнейшем источником ионов.

Недостатком такого устройства является вазможность генерации очень ограниченного ассортимента ионов водород, углерод). Это обусловлено тем, что большинство диэлектриков, используемых в ускорительной технике являются углеводородсодержащими.

Наиболее близким техническим решением является ускоритель ионов, содержащий генератор высоковольтных импульсов, противостоящие анодный и катадный блоки, заключенные в общий корпус, в котором анодный блок состоит из двух коаксиальных металлических цилиндров, закрытых с торца, обращенного к катоду массивным диском с кольцевым отверстием, соответствующ1ы зазору между цилиндром. На расстоянии 20 см ат торца между цилиндрами размещены шесть плазменных пушек.

Катодный блок ускорителя расположен напротив аноднаго и состоит также из двух коаксиальных цилиндров,. зазор между которыми .àêðûò массивным металлическим кольцам, имеющим кольцевое отверстие, размер которого равен размеру кольцевого отверстия в аноде. На внутренней поверхности внутреннего цилиндра и на наружной поверхности наружного укреплены цва

ЗО

Д<

4О

«Q

55 коротких соленоида, формирующих изолирующее магнитное поле в А-К зазоре. Устройство работает следующим образом. Б момент достижения максимума поля срабатывают плазменные пушки„ создающие кольцевое плазп..енное облако, движущееся в пространстве, ограниченном поверхностями цилиндров, со скоростью У .:-=о па†.-::равнению к А-К зазору, Так как в А-К зазоре направление магнитного поля перпендикулярно направлени:; движения плазмы, то она практически не попадает в зазор и =ñòàíàâëèâàåòñÿ в плОскОсти анОда, Б этот момент на анадный блок поступает высакавальтньгй импульс напряжения- Пад дейст-:èåì электрического поля из границы плазмы начинают вытягиваться ионы, образующие кольцевой ионный пучок.

В этом устройстве по сравнению с предыдущим благодаря применению плазменных источников расширен круг ра= бачих сред, на он по-прежнему, недостаточно широк, так.как не Охватывает ионы металлов. Это связана с трудностями создания интенсивных плазменных источников для ионов сред— ней и тяжепой масс.

Кроме этого, больное число плазменных источников ведет к усложнению конструкции, что вызывает дополнительные трудности в работе, Целью изобретения является упрощение конструкции ускорителя и расширение аСсОртимента ускаряе ых ионов.

ЭTB цель дОстигается тем чта ускорителе ионов, содержащем :e1epa:;op высоковольтных импульсов, a:-Ioдньй и противостоящий ему катодный блок, состоящий из двух концентричес.ки расположенных элементов с кольцеВоН щелью между ними, IIO обе стэронь1 ат которой са стора1 ь:: анаднаг": злака укреплены два соленоида, анодный блок выполнен B виде полого п1":,Л1ндра, торец которого са стороны катадного блока закрыт проводящим диском::-О сменной острой кромкой, образующей с краем цилиндра кольцевой зазоэ, диаметр которого соответствует диаметру кольцевой щели катадного блока диск прикреплен к анодному цилиндру металлическим держателм, выпалненньгл в виде индуктивного элемента,, а при1053730

Редактор П.Горькова Техред О.Ващишина Корректор И. Демчик

Заказ 919/4 Тираж 7 67 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4 осевая часть катодного блока содержит электронный эмиттер.

Для наиболее эффективной работы устройства необходимо, чтобы импедансы рабочих зазоров (анодного кольцевого 2, и анодный блок — катодный блок 2 ) удовлетворяли соотношению сс

Предлагаемое устройство изображено на чертеже.

Ускоритель содержит генератор 1 высоковольтных импульсов, анодный цилиндр 2 и держатель 3 диска в виде индуктивной спирали, анодный диск

4 со сменной острой кромкой 5, наружный и внутреннии катодные цилиндры 6 и 7, соединенные между собой радиальными спицами (на чертеже они не показаны), короткие соленоиды 8, 9. Анодньгй и катодный блоки заключены в.общем корпусе 10.

Устройство работает следующим образом.

Короткие соленоиды 8 и 9, создающие в А-К зазоре магнитное поле, включают таким образом, что в центральной части зазора оно имеет аксиальное напряжение (не изолирующее) а в остальной части зазора, рабочей, радиальное (изолирующее). Иагнитное поле не проникает внутрь анодного блока, так как оно ограничено массивным проводящим диском 4.

В момент достижения максимума магнитного поля на анодный блок от генератора 1 высоковольтных импульсов подается импульс напряжения с наносекундным фронтом.При этом электроны из эмиттера с приосевой обмотки катодного блока, двигаясь вдоль силовых линий магнитного поля, попадут на кромку диска 4. Прохождение тока по индуктивному держателю вызовет па— дение напряжения, которое локализуется в области кольцевого зазора. Величина напряжения на зазоре будет определяться электронным током, который, в свою а ередь, зависит от напряжения импульсного генератора и расстояния A-К. !

О При достижении напряжением величины >p t g 7 7q> (где — напряжение генератора, „1,) — пробивное напряжение в вакууме, 3, — длина анодного вакуумного зазора) с ост15 рой кромки 5 начнется взрывная эмиссия электронов с образованием плазмы нужного нам состава. Плазма будет расширяться, двигаясь со скоростью "- 10 см/с вдоль сило6

20 вых линий магнитного поля к краю анодного цилиндра 2, и закорачивать анодный вакуумный зазор, образуя при этом плазменное кольцо, которое в дальнейшем будет являться источ25 ником ионов. В результате пробоя зазора потенциалы конца анодного цилиндра 2 и острой кромки 5 выравниваются. Под действием электрического поля А-К зазора из плазменного кольца начнут вытягиваться ионы, образуюцие кольцевой ионный пучок, движущийся к катодному блоку. После прохождения через отверстия в катодном блоке ионный пучок выводится для дальнейшего использования.

Таким образом, образование и ускорение ионов металлов происходит на одном импульсе ускоряющего напряжения, что упрощает конструкцию

40 ускорителя, так же как и отсутствие плазменных источников.