Ускоритель ионов

 

Изобретение может быть использовано для получения пучков тяжелых ионов наносекундной длительности. Ускоритель ионов содержит двойную коаксиальную формирующую линию, расположенную вне вакуумной части корпуса и имеющукэ внешний, сред)1ий и внутренний электроды 1,2,5 соответственно, разрядник 4, источник 3 питания, зарядную индуктивность 6, потенциальный электрод 7 планарного диода (ПД), который вьшолнен массивным из материала , ионы которого нужно ускорить. Второй электрод ПД выполнен в виде набора из параллельно расиоложенных в плоскости, перпендикулярной оси ПД, проводников 8, 9. Ускоритель имео ет повышенн то эффективность генерирования ионов. 2 ил. (Л 7 fff 8 11 12 II СП 4 СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (51) 4 Н 05 Н 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4019254/?4-21 (22) 21, 01 86 (46) 07.08.88. Вюл. № 29 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики прн Томском политехническом институте им .С Л.Кирова и Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) С.А.Печенкин, А.11.Толопа и В.Г.Толмачева (53) 621.384.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1053730, кл ° Н 05 H 5/02, 1983, Логачев Е.Н. и др, Ускоритель тяжелых ионов ПТЭ. 1983, № 1, с.21-23. (54) УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ (57) Изобретение может быть использо„„SU„„1415475 вано для получения пучков тяжелых ионов наносекундной длительности. Ускоритель ионов содержит двойную коаксиальную формирующую линию, расположенную вне вакуумной части корпуса и имеющую внешний. средний и внутренний электроды 1,2,5 соответственно, разрядник 4, источник 3 питания, зарядную индуктивность 6, потенциальный электрод 7 планарного диода (ПД), который BIIIIQJIHeH массивным из материала, ионы которого нужно ускорить.

Второй электрод ПД выполнен в виде набора из параллельно расположенных в плоскости, перпендикулярной оси

ПД, проводников 8, 9. Ускоритель име- с

Щ ет повышенную эффективность генерирования ионов . 2 ил.

1415475

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для получения пучков тяжелых ионов наносекундной длительнос5 ти .

Цель изобретения - повьппение эффективности генерации ионов.

На фиг. l схематично изображен ускоритель ионов; на фиг.2 — второй электрод планарного диода и его подключение.

Использование предлагаемого заземленного электрода диода, варианта классической схемы двойной формирую- 15 щей линии(ДФЛ), применяемого в электронных ускорителях, позволяет осуществить принцип генерации тяжелых ионов, реализованный в известном устройстве, значительно повысив при 20 этом эффективность генерации ионов.

Ускоритель (фиг.l) содержит корпус 1 ускорителя, который одновременно является наружным электродом

ДФЛ, средний электрод 2 ДФЛ соединен с зарядньи устройством 3 и через коммутаторы 4 соединен с корпусом 1 ускорителя, внутренний электрод 5 ДФЛ соединен индуктивностью 6 с корпусом

1 и гальванически с потенциальным 30 электродом 7 планарного диода, который выполнен массивным из материала, ионы которого надо ускорить, Второй электрод диода представляет собой систему чередующихся плоскопараллельных проводников 8 и 9. Кроме того, показаны (фиг.1) вэрывоэмиссионная плазма 10, силовые линии магнитного поля 11, создаваемого током, протекающим по проводникам 8 и 9, ион- 40 ный пучок 12, вытягиваемый из плазмы 10.

Заземленный электрод планарного диода (фиг.2) соединен с корпусом 1 ускорителя и дополнительным источни- 45 ком 13 тока. Одни концы проводников

9 соединены между собой и подключены к положительному полюсу источника 13 тока, вторые концы соединены с корпусОМ 1 ускОрителя к кОтОрому ВтОрым50 полюсом подключен источник 13 тока.

Концы проводников 8 также соединены между собой, но подсоединены они к источнику 13 тока противополо1кно проводникам 9 так, что ток в соседних проводниках 8 и 9 протекает в противоположных направлениях.

Ускоритель работает следующим образом.

Включается дополнительный источник

13 тока и по проводникам 8 и 9 заземленного электрод» диода течет в противоположных направлениях ток, создающий в ускоряющем промежутке диода изолирующее магнитное поле, конфигурация силовых линий ll которого показана на фиг.l. Так как ток протекает в соседних проводниках в противоположных направлениях, то силовые линии )1 магнитногс поля замкнуты вокруг каждого провсдника. Так как магнитное поле импульсное — десятки микросекунд, а пс тенциальный электрод

7 выполнен массивным (т.е. его толщина много больше скиновой толщины для используемого магнитного поля), то силовые линии 11 магнитного поля не проникают в потенциальный электрод, а только касаются его поверхности.и, проходя между проводниками

8 и 9, замыкаются затем в пространстве дрейфа.При достижении в ускоряющем зазоре максимума магнитного поля В )>

))B „ срабатывает зарядное устройство 3 и начинается заряд обеих линий

ДФЛ, Причем как линия I так и линия

TI через зарядную индуктивность 6 заряжаются до (+) U — напряжения на зарядном устройстве 3.

После этого срабатывают коммутаторы 4, ДФЛ разрякается и, так как в первый момент вречени на электродах диода плазма отсутствует, в ускоряющем зазоре будет протекать ток, обусловленный автоэлектронной эмиссией

Этот ток не может обеспечить согласованный режим работы ДФЛ и диода, импеданс. диода будет большим, для

ДФЛ это будет режим "холостого хода", т.е. на диоде выделится удвоенное напряжение зарядки с обратным знаком

-2U3„p . Под действием этого напряжения на поверхности потенциального электрода 7 образуется взрывоэмиссионная плазма 10. Затем импеданс диода уменьшается до значений, необходимых для согласованного режима работы ДФЛ. Следовательно, после образования на потенциальном электроде

7 взрывоэмиссионной плазмы 10 напряжение на диоде упадет и будет поддерживаться на уровне, обеспечивающем значение тока,, близкого к току короткого замыкания ДФЛ.

Между потенциальным электродом 7 и заземленным начнет протекать электронный ток. При .>том электроны,эми14154 тированные иэ плазмы 10, двигаются вдоль силовых линий 11 магнитного поля в направлении к второму электроду диода и, проходя между проводниками 8 и 9, попадают в пространство дрейфа.

При работе ДФЛ в режиме, близком к короткому замыканию, поглощение энергии в нагрузке (диода) незначительное и таким образом происходит перезарядка линий ДФЛ без потери энергии. Переходный процесс в линиях приводит к тому, что (при теоретическом рассмотрении процесса, т.е. 1В с нулевым импеденсом коммутатора 4 и диода) после импульса тока отрицательной полярности с длительностью равной 2 ° tz, где t „ — время прохода импульса вдоль линии, наступит пауза 2р тока в нагрузке также длительностью

2 t H после этого (т.е. ко времени

4.t „) обе линии окажутся заряжены до напряжения Озо„, т.е. ДФЛ вернется в исходное состояние, только с 25 другой полярностью зарядки линий ДФЛ и созданной вэрывоэмиссионной плазмой 10 на потенциальном электроде 7 диода. В дальнейшем, так как коммутатор 4 продолжает оставаться замкну- зО тым, происходит обычная работа ДФЛ с формированием на диоде импульса напряжения положительной полярности с амплитудой +О „ . Теперь уже электроды poJDKHb3 эмйтшроваться c IIpoBop, ников 8 и 9, по которым протекает ток от источника 13 тока. Магнитный поток с В > Вкр, существущий ме ду кажкаждьи проводником & и потенциальным электродом 7, будет препятствовать 4g протеканию электронного тока в ускоряющем промежутке.

Следовательно, предлагаемая конструкция диода обладает вентильным 45 свойством относительно электронного тока и в ускоряющем промежутке происходит только ускорение ионов иэ взры4 воэмиссионной плазмы 10. Генерация ионов происходит в согласованном режиме ДФЛ и диода и почти вся энергия, запасенная в ДФЛ, передается ионному пучку, т.е. Е,. " Z; U,, где Z; заряд ускоренных ионов; U3„ — зарядное напряжение.

Формула изобретения

Ускоритель ионов, содержащий гальванически соединенный с общей шиной корпус, гальванически соединенный с общей шиной и разделенный на вакуумный и не вакуумный объемы дисковым проходным изолятором, двойную коаксиальную формующую линию, расположенную вне вакуумной части корпуса, внешний электрод которой выполнен rep. метичным и совмещен с корпусом, разрядник, включенный между средним и внешним электродом двойной коаксиальной формирующей линии, источник питания, подключенный через проходной изолятор к среднему электроду двойной коаксиальной формирующей линии, зарядную индуктивность; включенную между корпусом и потенциальным электродом планарного диода, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьпления эффективности генерации ионов, средний электрод двойной коаксиальной формирующей линии подключен к положительному полюсу источника питания, внутренний электрод двойной коаксиальной формирующей ли нии гальванически соединен непосредственно с потенциальным электродом планарного диода, а второй электрод планарного диода выполнен в виде набора иэ параллельно расположенных в плоскости, перпендикулярной оси диода, проводников, подключенных к дополнительно введенному источнику тока так, что противоположные концы соседних проводников подключены к одноименному полюсу источника тока.

1415475

Составитель Е.Громов

Техред А.Кравчук Корректор М.Максимишинец

Редактор Н, Тупица

Заказ 3890/57

Тираж 832

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4