Способ получения потока ионов

 

Изобретение относится к области получения и использования мощных ионных потоков. Целью изобретения является повышение плотности потока ионов. На рабочую камеру, содержащую плазмообразующую среду, накладывают скрещенные электрическое и магнитное поля. Вдоль магнитного поля пропускают электронный пучок. Параметры пучка и магнитного поля выбирают так, чтобы поддерживался плазменно-пучковый разряд. За счет пропускания вдоль магнитных силовых линий дополнительного электронного пучка и осуществления пучково-плазменного разряда достигается увеличение плотности потока ионов на два порядка. Изобретение позволяет создать более эффективные ионные источники, например, для нагрева плазмы в термоядерных установках или для технологических целей. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3оЕ863М3 ртсб, :,"; Л „„vP ggg

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР (21) 4427097/24-25 (22) 16.05.88 (46) 30.10,90. Бюп. N 40 (72) В.К.Тараненко, Б.И.Иванов, А.M.Åãîðîâ и В.Н.Шулико (53) 533.9(088.8) (56) Быстрицкий В.M Дизенко В.Н.

Мощные ионные пучки.-М.: Энергоатомиздат, 1984, 152 с.

Грановский В.Л., Электрический ток в газах.-N.: Наука, 1979, з 72. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОТОКА ИОНОВ (57) Изобретение относится к области получения и использования мощных ионных потоков. Целью изобретения является повьппение плотности потока ио.-. нов. На рабочую камеру, содержащую

Изобретение относится к способам получения интенсивного потока ионов в газоразрядной плазме и может быть использовано для создания на его основе мощных ионных источников, нагреsa плазмы в термоядерных установках и т.д.

Цель изобретения - повышение плотности потока ионов.

Пучково-плазменный разряд реализуется следующим образом.

Электронный пучок, проходя через нейтральный газ, создает в результате парных соударений плазму с плотностью порядка плотности пучка. При взаимодействии пучка с этой плазмой развивается неустойчивость, которая сопровождается возбуждением интенсив„„SU„„1603545 А 1

1g1)g Н 05 Н 1/00, Н 01 .J 27/00

2 плазмообразуюшую среду, накладывают скрещенные электрическое и магнитное поля. Вдоль магнитного поля пропускают электронный гучок. Параметры пучка и магнитного поля выбирают так, чтобы поддерживался плазменно-пучковый разряд. За счет пропускания вдоль магнитных силовых линий дополнительнога электронного пучка и осу . ществления пучково-плазменного разряда достигается увеличение плотности потока ионов на два порядка.

Изобретение позволяет создать более эффективные ионные источники, например, для нагрева плазмы в термоядерных установках или для технологических целей. 1 ил. ных колебаний, Электроны плазмы приобретают энергию, достаточную для ионизации нейтрального газа. Это приводит к возникновению лавинообразного процесса, когда эа время, сравниваемое с временем свободного пробега плазменных электронов при неупругих соударениях, происходит практически полное выгорание нейтрального газа в области электронного пучка. Плотность плазмы в области распространения электронного пучка становится на два — четыре порядка больше плотности электронов пучка.

Возбуждение ВЧ- и НЧ-колебаний приводит к сильному возрастанию энер1 гии электронов плазмы, а также к значительному увеличению дрейфа плаз1603545

1О

45

55 мы поперек магнитного поля ..В отличие от известного способа (разряда Леннинга), где начальная плазма в прианодной области создается асциллирующими между анодом и катодом электронами согласно предлагаемому способу начальная прианодная плазма образуется благодаря дрейфу поперек магнитного поля плазмы пучково-плазменного разряда (НПР). Ее концентрация значительно выше, чем в разрядах

Пеннинга. В дальнейшем развитии процесса, при наличии ППР на оси системы и скрещенных электрического и магнитного полей, в прианодной области создается плазма с гораздо большей концентрацией, чем в случае обычного (известного) пеннинговского разряда.

Подвижность электронов поперек магнитного поля в связи с высоким уровнем турбулентности плазмы при развитии пучково-плазменной неустойчивости значительно выше в предлагаемом способе, чем в известном, Высокая концентрация плазмы в прианодном слое и большая поперечная подвижно ть электронов слоя приводит к росту анодного тока и, соответственно, к увеличению потока ионов.

На чертеже показана схема установ -, ки для реализации способа.

Установка содержит электронную пушку 1, стеклянную рабочую камеру

2, катушки 3 постоянного магнитного поля, медный полый цилиндр 4, диафрагмы 5 и цилиндр Фарадея 6.

Способ осуществляется следуюшим образом.

Электронный пучок, сформированный электронной пушкой 1 (с энергией электронов Я до 10 КэВ, током до 2А длительностью c, = 100 мкс) через входную диафрагму 5 инжектируется в рабочую камеру 2, в которой натекателем поддерживается необходимое давление. Электронная пушка и рабочая камера находятся в продольном постоянном магнитном поле с напряженностью Н до 2 кГс, создаваемом катушками 3. В камере заялгается пучково-плазменный разряд, образующий плазменный шнур. Пучково-плазменный разряд зажигается Н >300 Э, р > 1 .10 Тор, Š— 3000 эВ, I 500 мА.

Находясь в контакте с диафрагмой и цилиндром Фарадея 6 (d = 20 мм), плазменный шнур имеет близкий к нулевому потенциал относительно земли.

При подаче положительнога потенциала на анод (полый медный цилиндр 4) между плазменным шнуром и анодом образуется радиальное электрическое поле E г, перпендикулярное магнитному полю. В рабочей камере заяжгается самостоятельный разряд в скрещенных Е- и Н-полях. О наличии процесса пучково-плазменного взаимодействия судят по появлению ВЧ-сигнала из области взаимодействия на зонде (на чертеже не показан). О зажигании разряда в скрещенных полях судят по появлению ионного тока на коллекторе (цилиндр Фарадея) и яркому свечению всего объема рабочей камеры как до выходной диафрагмы 5, так и после нее. Начало импульса иойного тока коррелируют с появлением ВЧ-сигнала на зонде.

Длительность импульса ионного тока составляет около 20 мкс. Из вольтамперной характеристики следует, что при U = --400 В плотность ионного тока

2.

I 50 A/ñì, что на два порядка больше плотности тока в пеннинговском разряде.

Величина ионного тока на коллектор от магнитного поля в пределах 0,32 кГс существенно не зависит. Также слабая зависимость наблюдается от давления в рабочей камере при р =

1 ° 10 — 1-10 мм рт.ст. — 4 -3

Величина тока электронного пучка в пределах 0,5-2 А и энергия электронов пучка Б/ 3-10 кэВ практически не влияет на ионный ток. Такое поведение разряда можно объяснить тем, что параметры пучково-плазменного разряда от указанных величин магнитного паля, давления газа, тока электронного пучка и энергии электронов слабо зависят.

Формула из обр етения

Способ получения потока ионов, включающий создание в рабочей разряд" ной камере, содержащей плазмообразующую среду, скрещенных электрического и магнитных полей, ионизацию среды электронами и вытягивание ионного потока из разрядного промежутка. при этом величину индукции магнитного поля выбирают из условия замагниченности электронов, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения плотности потока ионов, вдоль магнитного поля направляют электронСоставитель К. Клоповский

Техред Л.Олийнык Корректор Т.Малец

Редактор Л. Нчолинская

Заказ 3394 Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,101

5 1603545 6

m»A пучок, причем энер гпю электронов условия поддержания пучково-плпзменпучкà H величину тока выбирают из ного разряда.