Ионный источник для разделения изотопов

 

Изобретение относится к технике электромагнитного разделения изотопов. Целью изобретения является увеличение производительности источника ионов. Сущность изобретения заключается в том, что в источнике используется многощелевая ионно-оптическая система, которая строит единое изображение щели. Источник работает следующим образом. В разрядной камере 1 происходит ионизация рабочего вещества. Ионы, попавшие в эмиссионные щели электрода 2, извлекаются из разряда, ускоряются и формируются в пучки. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н ОI J 49/12. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР.! с

1 у

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21)4727303/21 (22) 07.08.89 (46) 30.08.91.. Бюл. М 32 (72) M.È.Ìàðòûíîâ и Г,Г.Чекалин (53) 621.384(088,8) (56) Семашко Н.Н., Владимиров A.Í„Êóçíåцов В.В. и др. Инжекторы быстрых атомов водорода. М.: Энергоиздат, 1981, с. 168.

Гусев В.М., Чкуасели Д.В., Гусева М;И.

Разделение изотопов германия и магния в малом электромагнитном сепараторе.—

Атомная энергия, 1957, т.3, вып. 9, с. 215221.

„„Я3 „„1674289 А1 (54) ИОННЫЙ ИСТОЧНИК ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ (57) Изобретение относится к технике электромагнитного разделения изотопов, Целью изобретения является увеличение производительности источника ионов. Сущность изобретения заключается в том, что в источнике используется многощелевая ионно-оптическая система, которая Строит едИное изображение щели. Источник работает следующим образом. В разрядной камере 1 происходит ионизация рабочего вещества.

Ионы, попавшие в миссионные щели электрода 2, извлекаются из разряда„ускоряются и формируются в пучки. 2 ил.

1674289

Изобретение относится к технике ионных источников и может быть использовано для электромагнитного метода разделения изотопов.

Цель изобретения — увеличение производительности источника.

На фиг,1 изображена схема источника; на фиг.2 — схема формирования единого изображения щели.

Источник содержит разрядную камеру 1 и ионна-оптическую систему, состоящую из эмиссионного электрода 2, промежуточного электрода 3 и выходного электрода 4, разделенных между собои изоляторами 5.

Источник работает следующим образом.

В разрядной камере 1 с помощью электрического разряда происходит ионизация рабочего вещества. Образованные в разряде ионы выпадают равномерно на все поверхности разрядной камеры, обращенные к разряду, в том числе и на эмиссионные щели. Ионы, попавшие на поверхность разрядной камеры, рекомбинируют (гибнут}, а ионы, попавшие в эмиссионные щели, извлекаются из разряда приложенным к электродам ион но-оптической системы напряжением, ускоряется и формируются в пучки, Нэ схеме формирования единого изображения щели представлен эмиссионный электрод 6 (остальные электроды не показаны), выполненный в виде участка цилиндрической поверхности радиуса R. В каждой эмиссионной щели 7 формируется расходящийся ионный пучок 8. Величину радиуса R изгиба электрода 6 подбирают таким образом, чтобы продолжения траекторий отдельных сформированных пучков(показаны пунктиром) пересекались в одной точке 9, которая представляет собой проекцию единого изображения щели (изображение мнимое).

Использование нескольких эмиссионных щелей в ионном источнике позволяет увеличить извлекаемый ионный ток пропорционально количеству щелей, увеличивая таким образом производительность источника и одновременно уменьшая долю ионов, попадающих на стенки разрядной камеры, т.е, снижая энергетические потери, Однако, чтобы такой источник можно было использовать в масс-сепараторе для разделения изотопов, необходимо из отдельных пучков сформировать единое изображение щели. Это достигается применением электродов цилиндрической формы, радиус которых подобран таким образом, чтобы пересечение всех отдельных пучков или их продолжений, если пересечеу+ (— — 0,2)

1о

R =0,625 («+ d>+ д2)

30 + ! — — 0,7! о где — = 4,67 10

Jo M

« — толщина эмиссионного электрода;

d> — зазор между эмиссионным и промежуточным электродами;

02 — полуширина щели в промежуточном электроде;

40 М вЂ” усредненная масса иона данного элемента;

Š— заданная энергия иона;

Q — заданная производительность источника, 45 S — полная площадь эмиссионных щелей.

При использовании известной конструкции ионно-оптической системы, которая позволяет формировать пучки ионов водорода с плотностью тока до 0,5 А/см и углом

2 расходимости пучка около 1,3 (полный угол

2,6 ), можно разместить на эмиссионном электроде 5 — б эмиссионных щелей (при работе с сепаратором, пропускающим пучки с полным углом расходимости 30"). При использовании другого рабочего вещества в источнике ионов для сохранения тех же угловых характеристик пучка плотность ионного тока в нем должна быть уменьшена ние мнимое, осуществлялось в одной точке, В этом случае радиус изгиба эмиссионного электрода выражается приведенной математической формулой.

5 Для разделения изотопов предпочтительнее иметь мнимое изображение щели, поскольку реальное пересечение отдельных пучков приводит к росту фазового обьема пучка и ухудшению качества разделения

10 изотопов.

Построение единого изображения эмиссионной щели возможно только для щелей прямолинейной формы, совпадающих с образующими цилиндра, 15 Известны соотношения, позволяющие связать угол расходимости одиночного плоского пучка с геометрическими и электрическими параметрами ионно-оптической системы. Для формирования нескольких

20 пучков можно расположить их так, чтобы они исходили из одной точки (действительной или мнимой). Этомуусловию отвечаетрасположение эмиссионных щелей на . цилиндрической поверхности радиуса R, ве25 личина которого огределяется следующим образом:

1674289

J+ (— -0,2)

Хо

R = 0,625 (ti + d1 + дг ) +

I — — 0,7 I

+ где --= 4,67 10 м

3 . -2т Г . о

t< — толщина эмиссионного электрода, 10

Формула изобретения

Составитель В. Кашеев

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор Т. Колб

Редактор А. Огар

Заказ 2931 Тираж 302 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 пропорционально корню квадратному из отношения массы иона рабочего вещества к массе иона водорода.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет в 5 — 6 раз увеличить 5 производительность источника и уменьшить энергетические потери по сравнению с известным. Соответственно улучшаются параметры всей делительной установки.

Ионный источник для разделения изотопов, содержащий разрядную камеру и ионно-оптическую систему, включающую 15 эмиссионный промежуточный и выходной электроды, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности, ионный источник имеет по крайней мере, две эмиссионные щели, электроды ионна- 20 оптической системы выполнены в форме коаксиальных цилиндрических поверхностей, причем радиус эмиссионного электрода определяется соотношением

d> — зазор между эмиссионным и промежуточным электродами, м; д2 — полуширина щели в промежуточном электроде, м;

М вЂ” усредненная масса иона данного элемента, кг;

Š— заданная энергия иона, Дж;

Q — заданная производительность источника, с

S — полная площадь эмиссионных щелей, м, а эмиссионные щели имеют прямолинейную форму и совпадают с образующими цилиндра.