Импульсный ускоритель ионов металлов

 

Изобретение относится к ускорительной технике. Цель изобретения - повышение степени однородности поля облучения ускорителя и увеличение срока службы. Устройство содержит ускоряющую систему с катодом 1 и анодом 2. Генератор плазмы размещен в полости анода 2 и содержит катод 3, поджигающий электрод 4, токопроводящий стержень 5 и кольцевую газоразрядную камеру 6, в стенке которой, обращенной к стержню 5, выполнено кольцевое отверстие. Многозаходная токоведующая система образована элементами 7, выполненными в форме спирали Архимера. Магнитная система 8 размещена на торце камеры 6. Керамическая трубка 9 охватывает стержень 5, на трубке 9 размещен катод 3. Поджигающий электрод 4 имеет форму кольца и установлен в полости камеры 6. Цилиндрический катод 3 может быть выполнен в виде изолированных сегментов. Ускоритель обеспечивает повышение производительности, обусловленной увеличением долговечности, повышение качества изделий, подвергавшихся технологическим облучениям. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к ускорительной технике и может использоваться в качестве генератора ускоренных ионов в устройствах технологического назначения в различных отраслях техники, а также при проведении научных исследований. Цель изобретения - повышение степени однородности поля облучения ускорителя и увеличение срока службы. На фиг. 1 изображена конструктивная схема ускорителя; фиг. 2 поясняет выполнение элементов токоведущей системы и их подключение к электродам ускорителя. Ускоритель содержит ускоряющую систему с соосно расположенным цилиндрическим катодом 1 и анодом 2. Генератор плазмы размещен в полости анода 2 и содержит катод 3, поджигающий электрод 4, токопроводящий стержень 5 и кольцевую газоразрядную камеру 6. В стенке камеры 6, обращенной к токопроводящему стержню 5, выполнено кольцевое отверстие. Многозаходная токоведущая система образована элементами 7, каждый из которых выполнен в форме спирали Архимеда и своими концами электрически подключен к обращенным к катоду 1 торцам анода 2 и токоведущего стержня 5. Магнитная система 8 размещена на удаленном от катода 1 торце газоразрядной камеры 6. Источники питания (U_уск, U_гп, U_п) подключены к электродам ускоряющей системы и генератора плазмы. Керамическая трубка 9 охватывает токопроводящий стержень 5. Катод 3 выполнен в форме цилиндра и размещен снаружи трубки 9 с возможностью продольного перемещения. Поджигающий электрод 4 имеет форму кольца и установлен во внутренней полости газоразрядной камеры 6 напротив ее кольцевого отверстия. Цилиндрический катод 3 может быть выполнен в виде изолированных сегментов. Ускоритель работает следующим образом. Включает источники питания и подают на электрод 4 относительно катода 3 импульс напряжения. При этом в камере 6 зажигается замагниченный разряд. Ионы образовавшейся плазмы бомбардируют поверхность катода 3, вызывают ионизацию газа и распыление атомов в окрестности катода 3, стимулируя зажигание дугового разряда между анодом 3 и катодом 3 с образованием на нем катодного пятна. Катодное пятно под действием поля магнитной системы 8 перемещается на торце катода 3. Из зоны катодного пятна интенсивно испаряется металл, пары которого ионизируются главным образом в области катодного падения, образуя металлосодержащую плазму. Эта плазма в азимутальном магнитном поле, возбуждаемом вокруг стержня 5 при прохождении тока разряда, ускоряется в сторону элементов 7, где проходящим по ним током создается радиальное магнитное поле, задерживающее электроны. Ионы из плазмы проходят между элементами 7 и ускоряются полем катода 1. Ускоренные ионы ионизируют атомы остаточного газа и появившиеся при этом электроны компенсируют пространственный заряд ионов, задерживаясь в магнитном поле элементов 7. В ускорителе обеспечивается более равномерное по сравнению с прототипом распределение плотности ионов по сечению ускоренного пучка, так как плазма, заполняющая полость анода 2, имеет практически одинаковую плотность. Кроме того, введение керамической трубки 9 повышает эффективность действия многозаходной токовещущей системы. И, наконец, упрощается задача восстановления катода по мере его распыления. Благодаря сложному катоду (сегменты из различных металлов) расширяются технологические возможности ускорителя, т.е. возможность получения пленок сложного состава и многослойных покрытий. Примером конкретного исполнения ускорителя служит макет ускорителя на 300 кэВ с диаметрами анода 2 и катода 1 ускоряющей системы 150 мм и высотой анода 120 мм, на плоской части которого размещена кольцевая газоразрядная камера диаметром 70 мм с магнитной системой в виде кольцевого постоянного магнита из феррита с аксиальным намагничиванием, охватывающая цилиндрический катод 3 с диаметром 8 мм, размещенный снаружи керамической трубки диаметром 6 мм, внутри которой установлен стержень 5 диаметром 4 мм, соединенный с многозаходной спиралью Архимеда, имеющей электрический контакт с цилиндрическим анодом. При использовании предложенного ускорителя для выполнения технологических операций, таких как нанесение покрытий, легирование поверхностных слоев, уплотнение поверхности металлов и изменение поверхностных свойств изделий, обеспечивается получение положительного эффекта за счет следующих факторов: повышение производительности, обусловленное увеличением долговечности ускорителя; снижение эксплуатационных расходов за счет увеличения продолжительности эксплуатации без остановок для замены катода; улучшение качества изделий как за счет увеличения долговечности, так и за счет расширения технологических возможностей ускорителя; создание новых типов изделий, например зеркал с многослойным покрытием. Габович М. Д. Физика и техника плазменных источников ионов. М.: Атомиздат, 1972, с. 125. Авторское свидетельство СССР N 1544164, кл. H 05 H 5/00, 1987.

Формула изобретения

1. Импульсный ускоритель ионов металлов, содержащий ускоряющую систему, образованную соосно расположенными цилиндрическими катодом и анодом, генератор плазмы, размещенный в полости анода с катодом, поджигающим электродом, токопроводящим стержнем и кольцевой газоразрядной камерой, в стенке которой, обращенной к токопроводящему стержню, выполнено кольцевое отверстие, многозаходную токоведущую систему, каждый из элементов которой выполнен в форме спирали Архимеда и своими концами электрически подключен к обращенным к катоду ускоряющей системы торца анода и токоведущего стержня, магнитную систему, размещенную на удаленном от катода ускоряющей системы торце газоразрядной камеры, и источники питания, подключенные к электродам ускоряющей системы и генератора плазмы, отличающийся тем, что, с целью повышения степени однородности поля облучения ускорителя и увеличения срока службы, введена керамическая трубка, охватывающая токопроводящий стержень, а катод генератора плазмы выполнен в форме цилиндра и размещен снаружи керамической трубки с возможностью продольного перемещения, при этом поджигающий электрод генератора плазмы выполнен в форме кольца и установлен во внутренней полости газоразрядной камеры напротив ее кольцевого отверстия. 2. Ускоритель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, цилиндрический катод генератора плазмы выполнен в виде изолированных сегментов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2