Ускоритель ионов

 

(19)SU(11)1139371(13)A1(51)  МПК ⁵    _H05H5/00(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.01.2013 - прекратил действиеПошлина:

(54) УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для генерации интенсивных пучков многозарядных ионов. Известен ускоритель с плазменным фокусом, содержащий вакуумную камеру, в которой расположены два электрода - потенциальный и заземленный. Камера наполнена газом при давлении 1 Торр. Потенциальный электрод соединен через коммутатор с высоковольтным источником напряжения. При разряде батареи с периодом 1-10 мкс на межэлектродный промежуток в нем происходит пробой по газу с последующей его ионизацией и образованием плазмы, при этом происходит увеличение тока, создающего магнитное поле, обеспечивающее стягивание плазмы в фокус. Плотность плазмы и ее температура в фокусе на порядке величин выше, чем в окружающем пространстве. Через определенное время (порядка ≈0,2-1 мкс) в плазме образуются "аномальные сопротивления", а на кривой тока появляется резкий провал длительностью около 10^-7 с с последующим нарастанием тока. В течение этого времени (10^-7 с) происходит интенсивное образование электронов, ионов, нейтронов и последующее ускорение заряженных частиц, причем ионы соответствующих элементов, входящих в состав газа, являются многократно ионизованными. Спектр ускоренных ионов является широким 10-100 кэВ, а количество ионов, имеющих высокую энергию - мало. Последние два фактора являются недостатками, присущими всем установкам с плазменным фокусом. Наиболее близким известным техническим решением является ускоритель ионов, содержащий вакуумно-плотную газонаполненную камеру, внутри которой расположено два электрода, один из которых "заземлен", а другой (потенциальный) подключен через управляющий разрядник к высоковольтному источнику питания. В этом устройстве образующиеся ионы также имеют широкий энергетический спектр и малое количество высокоэнергетических ионов. Цель изобретения - повышение энергии ускоряемых ионов. Поставленная цель достигается тем, что в известный ускоритель ионов, содержащий герметичную газонаполненную камеру, внутри которой расположены два электрода, один из которых заземлен, а другой (потенциальный) подключен через управляемый разрядник к высоковольтному источнику питания, введены дополнительный источник питания, подключенный через коммутирующий элемент и индуктивность к потенциальному электроду, и коллекторный электрод, располагаемый внутри камеры, токоприемная поверхность коллекторного электрода обращена к межэлектродному зазору и расположена от горизонтальной оси камеры на расстоянии, в 2-3 раза превышающем его продольный размер, при этом коллекторный электрод гальванически соединен с управляющим электродом разрядника. На чертеже дана схема предлагаемого ускорителя. Ускоритель ионов содержит вакуумную камеру 1, заполненную газом при давлении 1-10 Торр, в которой расположены потенциальный и заземленный электроды 2 и 3. Потенциальный электрод 2 соединен с индуктивностью 4 и через коммутатор 5 - с высоковольтным выходом источника 6 питания, например конденсаторной батареи. Кроме того, потенциальный электрод 2 соединен с электродом 7 управляемого разрядника 8 генератора 9 высоковольтных импульсов. Управляемый разрядник 8 может быть выполнен в виде 3-х электродного разрядника с искажением поля, высоковольтным электродом 10 которого является высоковольтный электрод одиночной формирующей линии, в виде которой, например, выполнен генератор 9. В вакуумной камере 1 вблизи промежутка, между электродами 2 и 3, установлен коллектор 11 электронов, гальванически соединенный с третьим управляющим электродом 12 разрядника 8. Кроме этого, на чертеже приведены труба 13 дрейфа, плазма 14 и ионный пучок 15. Ускоритель работает следующим образом. Предварительно заряженная батарея конденсаторов по окончании срабатывания разрядника 5 через индуктивность 4 разряжается на электроды 2, 3, находящиеся в вакуумной камере 1. Между электродами 2 и 3 происходит пробой газа с образованием плазмы 14. Как указывалось выше, по мере разряда батареи ток, протекающий по плазме, увеличивается и создаваемое им азимутальное магнитное поле, под действием которого плазма начинает сжиматься до тех пор, пока не произойдет как бы разрыв плазмы, т.е. образуется аномальное сопротивление (плазменный фокус). При этом происходит резкий обрыв тока, плотность и температура плазмы возрастают на порядок величин и происходит интенсивное образование ионов, электронов, нейтронов. При обрыве тока генерируются вихревые ЭДС, под действием которых ускоряются заряженные частицы. Время, в течение которого происходят эти процессы, составляет 10^-8 - 10^-7с. Электроны из зоны плазмы, имеющей аномальное сопротивление, попадают на коллектор 11 электронов, и в момент резкого уменьшения тока сигнал с коллектора включает разрядник 8 высоковольтного генератора 9. Высоковольтный импульс (+) полярности прикладывается к потенциальному электроду 2. При этом происходит "доускорение" ускоренных вихревой ЭДС ионов с образованием ионного пучка 15. Доускоряются ионы пропорционально их заряду, соответственно до больших энергий ускоряются многозарядные ионы. Индуктивность 4 в цепи разряда конденсаторной батареи необходима для того, чтобы предотвратить момент срабатывания основного наносекундного высоковольтного генератора 9 попадание напряжения на источник 6, что выполняется при условии примерно десятикратного и более превышения длительности импульса разряда батареи t_б над длительностью основного импульса t_и и генератора импульсных напряжений. Таким образом, применение коллектора электронов, запускающего основной генератор в момент, соответствующий образованию аномальных сопротивлений в плазме, приводит к ускорению многозарядных ионов, образованных в плазменном фокусе. По сравнению с устройством, выбранном за базовый объект, данное устройство позволяет получать интенсивные пучки многозарядных ионов, сорт которых определяется средой, в которой происходит разряд конденсаторной батареи. При использовании в качестве генератора высоковольтных импульсов известных ускорителей можно получать пучки многозарядных ионов с энергией 10⁷-10⁸ эВ и током 10³-10⁵А.

Формула изобретения

УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ, содержащий герметичную газонаполненную камеру, внутри которой расположены два электрода, один из которых заземлен, а другой (потенциальный) подключен через управляемый разрядник к высоковольтному источнику питания, отличающийся тем, что, с целью повышения энергии ускоряемых ионов, в него введены дополнительный источник питания, подключенный через коммутирующий элемент и индуктивность к потенциальному электроду, и коллекторный электрод, располагаемый внутри камеры, токоприемная поверхность коллекторного электрода обращена к межэлектродному зазору и расположена от горизонтальной оси камеры на расстоянии, в 2 - 3 раза превышающем его продольный размер, при этом коллекторный электрод гальванически соединен с управляющим электродом разрядника.