Ускоритель ионов металлов

 

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель - упрощение конструкции, снижение потребляемой мощности ускорителя. Ускоритель содержит ускоряющую систему, включающую катод 1 и анод 2, плазменную пушку, установленную на аноде 2, магнитную систему с токоведущими элементами 3 и источник 4 питания. Между электродами 1 и 2 введен кольцевой электрод 5, а между электродами плазменной пушки установлен керамический изолятор 6. Катод 7 плазменной пушки выполнен в виде стержня, один конец которого закреплен в отверстии изолятора 6, а другой электрически соединен с токоведущими элементами 3, которые выполнены в форме спирали Архимеда и внешними концами подключены к электроду 5. Ускоритель содержит только один источник питания. В нем отсутствует автономная магнитная система. 2 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике и может использоваться в качестве генератора ускоренных ионов при выполнении ряда технологических операций (легирование поверхностных слоев изделий, упрочнение поверхности, нанесение антикоррозионных покрытий и др.) в различных отраслях техники, а также при проведении научных исследований. Целью изобретения является упрощение конструкции и снижение потребляемой мощности. На фиг. 1 изображена конструктивная схема ускорителя; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Ускоритель содержит ускоряющую систему, включающую цилиндрические соосные катод 1 и анод 2, плазменную пушку, установленную на аноде 2, магнитную систему с токоведущими элементами 3 и источник 4 питания, подключенный к катоду 1 и аноду 2. Между катодом 1 и анодом 2 введен дополнительный кольцевой электрод 5, а между электродами плазменной пушки установлен керамический изолятор 6 с глухим осевым отверстием. Катод 7 плазменной пушки выполнен в виде стержня, один конец которого закреплен в отверстии изолятора 6, а другой электрически соединен с токоведущими элементами 3, которые выполнены в форме спирали Архимеда и внешними концами подключены к электроду 5. Величины первого зазора между электродом 5 и катодом 1, а также второго зазора между электродами плазменной пушки по поверхности изолятора 6 выбраны из условий нарушения электрической прочности зазоров в последовательности первого и второго. На фиг. 1 также изображены плазма 8, а также конденсатор 9 и ключ 10 источника 4 питания. Ускоритель работает следующим образом. Включают источник 4 питания. При этом замыкают ключ 10, и импульс напряжения от предварительно заряженного конденсатора 9 поступает на анод 2. Катод-стержень 7 принимает промежуточный потенциал, определяемый соотношением емкостей между этим электродом и анодом 2 (емкость через изолятор 6) и между электродом 5 и катодом 1. Большая часть напряжения оказывается приложенной к первому зазору. При достижении в этом зазоре напряженности электрического поля, превышающей порог возникновения взрывной эмиссии, с катода 1 на электрод 5 возникает электронный ток. Этот ток протекает по токоведущим элементам 3, возбуждает радиальное магнитное поле и увеличивает разность потенциалов между электродами пушки до величины, превышающей порог возникновения электрического разряда между электродами пушки по поверхности изолятора 6. При этом плазменная пушка срабатывает и генерирует плазму 8 в направлении катода 1. Ионы плазмы 8 ускоряются электрическим полем катода 1, а электроны задерживаются поперечным магнитным полем токоведущих элементов 3, что приводит к снижению потребляемой ускорителем мощности. Несмотря на то, что в ускоритель введены дополнительные элементы, в целом конструкция существенно упрощается. В отличие от прототипа рассматриваемый ускоритель не содержит автономной магнитной системы с устройством питания и приспособлениями для выталкивания магнитного поля внутрь ускоряющего промежутка. Кроме того, в нем используется только один источник питания, от которого при возникновении взрывной эмиссии запитываются межэлектродный промежуток плазменной пушки и ускоряющая система. Испытания показали, что по сравнению с прототипом рассматриваемый ускоритель обладает приблизительно в 4-5 раз меньшим энергопотреблением. Габович М. Д. Физика и техника плазменных источников ионов. - М.: Атомиздат, 1972. Плазменные ускорители и ионные инжекторы. Тезисы докладов. Днепропетровск, 1986, с. 78-79.

Формула изобретения

Ускоритель ионов металлов, содержащий ускоряющую систему, включающую цилиндрические соосные катод и анод, плазменную пушку, установленную на аноде ускоряющей системы, магнитную систему с токоведущими элементами и источник питания, подключенный к электродам ускоряющей системы, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и снижения потребляемой мощности, между катодам и анодом ускоряющей системы введен дополнительный кольцевой электрод, а между электродами плазменной пушки установлен керамический изолятор с глухим осевым отверстием, причем катод плазменной пушки выполнен в виде стержня, один конец которого закреплен в отверстии изолятора плазменной пушки, а другой электрически соединен с токоведущими элементами, которые выполнены в форме спирали Архимеда и внешними концами подключены к дополнительному кольцевому электроду, при этом величины зазоров между кольцевым электродом и катодом, а также между катодным стержнем и держателем изолятора выбраны из условий E_э.к > E_вз.э, а E_д-с < E_пр, где E_э-к и E_д-с - напряженности электрического поля (В/м) в зазорах кольцевой электрод-катод и анод-стержень соответственно, а E_вз.э - пороговая напряженность взрывной эмиссии (В/м) и E_пр - пробивная напряженность изолятора поверхности (В/м).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2