Способ ускорения ионов и устройство для его осуществления



Способ ускорения ионов и устройство для его осуществления
Способ ускорения ионов и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2449514:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) (RU)

Изобретение относится к ядерной и лазерной физике и может быть использовано как инструмент исследования и как технологическое средство ускорения частиц в физическом эксперименте для решения задач в физике и технике прямого зажигания мишеней инерциального термоядерного синтеза. Способ ускорения ионов основан на генерации ионов из ионизируемого материала с тыльной стороны мишени под воздействием на ее фронтальную поверхность высококонтрастного луча лазера релятивистской интенсивности и сверхкороткой длительности с выделением направленного ортогонально к тыльной поверхности мишени пучка ионов и ускорением ионов при их движении к приемнику. Использование позволяет проводить исследования в области инициирования ядерных реакций синтеза, к которому не предъявляются специальные требования по радиационной безопасности. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к ядерной и лазерной физике и технике и может быть использовано как инструмент исследования и как технологическое средство ускорения частиц в лазерной физике для решения задач прямого зажигания мишеней инерциального термоядерного синтеза (см. Ядерный синтез с инерционным удержанием. Современное состояние и перспективы для энергетики. / Под ред. Б.Ю.Ширкова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 264 с.). Особенно перспективно использование изобретения для инициирования перспективных ядерных реакций синтеза при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями (см. Беляев B.C. и др. Генерация быстрых заряженных частиц и сверхсильных магнитных полей при взаимодействии сверхкоротких интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями. // Успехи физических наук, т.178, №8 с.823-843, 2008).

Известны способ генерации и ускорения ионов и устройство для его осуществления, предложенные в патенте Англии, МКИ H05h, H01j (H1D) №1138212, заявленном 23.05.1966. Это техническое решение предназначено для формирования пучков ионов с энергиями не менее нескольких миллионов электрон-вольт (МэВ) при токах в несколько сотен ампер, который согласуется с требованиями для решения задач прямого зажигания мишеней инерциального термоядерного синтеза и пригоден для этих целей.

Способ генерации и ускорения ионов в патенте Англии №1138212 основан на формировании пучков ионов путем генерации ионов с использованием концентрации луча света лазера на поверхности расположенной на пути светового луча лазера мишени из ионизируемого материала с целью бомбардировки поверхности мишени с энергией, достаточной для ионизации материала мишени и получения плазмы.

Способ генерации и ускорения ионов, предложенный в патенте Англии №1138212, по технической сущности может быть выбран в качестве первого аналога заявляемого способа ускорения ионов.

Недостатком способа ускорения ионов в патенте Англии №1138212-аналоге является низкая эффективность генерации и ускорении ионов для инициирования перспективных ядерных реакций синтеза, а также сложность используемых технологических процессов и громоздкость привлекаемого оборудования для создания и осуществления способа.

Известен также другой аналог, который в значительной мере лишен указанных недостатков и обеспечивает повышение эффективности способа ускорения ионов при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями. Второй аналог - изобретение по патенту РФ №2364979 с приоритетом 20 ноября 2007 года с названием «Способ ускорения ионов и устройство для его осуществление» - более близок по технической сущности заявляемому изобретению и может быть выбран в качестве его прототипа.

В патенте РФ №2364979 - прототипе формируют высококонтрастный луч лазера релятивистской интенсивности (~1018-1019 Вт/см2) сверхкороткой длительности (~1·10-12 с), который направляют на фронтальную поверхность мишени для возбуждения вихревой структуры электронов и формирования вихревого тока релятивистских электронов в скин-слое фронтальной поверхности для генерации быстропеременного магнитного поля и осуществления энергетического индукционного и электромеханического энергетического воздействия на слой тыльной поверхности мишени с обеспечением формирования в этом слое плазменного образования и пучка ионов и их ускорением к приемнику ионов. В указанном способе ускорения ионов формирование пучка ионов осуществляют в приповерхностном слое на тыльной поверхности мишени с использованием установленной в вакууме мишени из электропроводного материала (меди) при контролируемом воздействии на фронтальную поверхность мишени луча лазера релятивистской интенсивности.

Недостатком способа ускорения ионов в изобретении по патенту РФ №2364979 и устройства для его осуществления является недостаточная эффективность при генерации и ускорении ионов для инициирования перспективных ядерных реакций синтеза из-за нерационального выбора материала мишени и технологии ускорения.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности генерации и ускорении ионов с обеспечением технического результата-инициирования перспективных ядерных реакций синтеза

Указанный технический результат - обеспечение инициирования перспективных ядерных реакций синтеза достигается тем, что в способе ускорения ионов, основанном на генерации ионов из ионизируемого материала с ее тыльной стороны под воздействием на фронтальную поверхность высококонтрастного луча лазера релятивистской интенсивности и сверхкороткой длительности с обеспечением ускорения ионов ортогонально тыльной поверхности мишени при их движении к приемнику, в качестве основной мишени выбирают дейтерированный полиэтилен толщиной l1 в диапазоне l1≈1 мкм÷10 мкм и обеспечивают воздействие на ее фронтальную поверхность высококонтрастного луча лазера релятивистской интенсивности I в диапазоне I≈1018 Вт/см2÷1020 Вт/см2 с энергией Е в диапазоне E÷10 Дж÷500 Дж и сверхкороткой длительности t в диапазоне t≈100 фс÷1 пс с контрастом k в диапазоне k≈108÷1010, при этом обеспечивают с тыльной поверхности мишени генерацию ионов дейтерия, а в качестве приемника ионов дейтерия используют вторую активируемую ускоренными ионами дейтерия мишень из такого же материала толщиной l2 в диапазоне l2≈100 мкм÷1 мм, которую располагают на расстоянии L в диапазоне L≈10 мм÷50 мм от основной мишени, при этом движущиеся к вторичной мишени ионы дейтерия ускоряют до энергии, достаточной для преодоления кулоновского барьера между сталкивающимися ионами в толще l2 и обеспечения осуществления перспективной ядерной реакции синтеза D+D→3He+n+3,27 МэВ с получением изотопов гелия 3He и нейтронов n.

Для осуществления способа известно устройство ускорения ионов, предложенное в патенте Англии №1138212, заявленном 23.05.1966 г., МКИ H05h, H01j (H1D). Источник и ускоритель ионов в патенте Англии №1138212 по технической сущности близки заявляемому устройству осуществления способа ускорения ионов и могут быть выбраны в качестве первого аналога устройства для осуществления способа.

Первый аналог устройства осуществления способа в патенте Англии №1138212 содержит мишень из ионизируемого материала, расположенную на пути светового луча лазера. Луч света в патенте Англии №1138212 концентрируется специальным устройством с целью бомбардировки поверхности мишени с энергией, достаточной для ионизации материала мишени и получения плазмы. Имеются электроды для извлечения нужных ионов из плазмы, созданной лазерным лучом, падающим на мишень. Электростатический ускоритель предназначен для образования электрического поля, ускоряющего ионы.

Недостатком аналога устройства для осуществления способа ускорения ионов является его низкая эффективность при генерации и ускорении ионов для инициирования перспективных ядерных реакций синтеза, а также сложность и громоздкость привлекаемого оборудования для создания и осуществления способа.

Также известно устройство ускорения ионов при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями, которое обеспечивает эффекты устройства для осуществления способа ускорения ионов в изобретении по указанному выше патенту РФ №2364979, который наиболее близок к заявляемому устройству и выбран в качестве прототипа для устройства.

Устройство для осуществления способа ускорения ионов в изобретении по патенту РФ №2364979 - прототип содержит концентратор энергии, мишень и приемник, расположенные в вакуумной камере, а вне камеры - импульсный лазер с параметрами релятивистской интенсивности I сверхкороткой длительности t и высокой контрастности k, ориентированный через концентратор на фронтальную поверхность мишени, высококонтрастный луч лазера релятивистской интенсивности I в диапазоне I~(1018 Вт/см2÷1019 Вт/см2) сверхкороткой длительности (t~1·10-12 с) которого направлен на фронтальную поверхность мишени для возбуждения вихревой структуры электронов и формирования вихревого тока релятивистских электронов в скин-слое фронтальной поверхности мишени для генерации быстропеременного магнитного поля и осуществления энергетического индукционного и электромеханического энергетического воздействия на слой тыльной поверхности мишени с обеспечением формирования в этом слое плазменного образования (ПО).

Недостатком устройства для осуществления способа ускорения ионов в изобретении по патенту РФ №2364979 - прототипе является низкая эффективность генерации и ускорение ионов для инициирования перспективных ядерных реакций синтеза из-за нерационального выбора материала мишени и технологии ускорения.

Задачей заявляемого, устройства для осуществления способа ускорения является повышение эффективности генерации и ускорения ионов. При этом технический результат, который обеспечивается изобретением, заключается в обеспечении инициирования перспективных ядерных реакций синтеза.

Для обеспечения инициирования указанных перспективных ядерных реакций синтеза устройство для осуществления способа ускорения ионов содержит расположенные в вакуумной камере концентратор энергии, мишень и приемник ускоренных ионов, а вне камеры - импульсный лазер с параметрами релятивистской интенсивности I сверхкороткой длительности t и высокой контрастности k, ориентированный через концентратор на фронтальную поверхность мишени. Основная мишень выполнена из твердотельного дейтерированного полиэтилена (CD2)n толщиной l1 в диапазоне l1≈1 мкм÷10 мкм, а на расстоянии L от первичной мишени в диапазоне L≈10 мм÷50 мм в качестве приемника ускоренных ионов установлена вторая мишень из такого же материала толщиной l2 в диапазоне l2≈100 мкм÷1 мм. При этом импульсный лазер имеет релятивистскую интенсивность I в диапазоне I≈1018÷1020 Вт/см2, энергию E в диапазоне E≈10 Дж÷500 Дж, сверхкороткую длительность t в диапазоне t≈100 фс÷1 пс и контрастность k в диапазоне k≈108÷1010, а в местах регистрации нейтронов перспективной ядерной реакции синтеза установлены детекторы с гелиевыми и/или нейтронными счетчиками.

Способ ускорения ионов иллюстрируют временная диаграмма на фиг.1 различных типов фонового излучения, возникающих при усилении релятивистского сверхкороткого лазерного импульса, и блок-схема на фиг.2 устройства для осуществления способа ускорения ионов.

Согласно фиг.1 на временной диаграмме различных типов фонового излучения представлены:

1 - суперлюминесценция (длительность - сотни микросекунд);

2 - остаточные импульсы задающего генератора (интервал следования ~ 10 нс);

3 - импульсы, возникающие при отражениях от поверхностей оптических элементов (10-100 пс);

4 - остаточные импульсы задающего лазера, совершившие полный обход по резонатору регенеративного усилителя (10-100 пс);

5 - предымпульсы, возникающие в результате искажения спектра и неполной компенсации модуляции фазы усиливаемого излучения (единицы пикосекунд).

На блок-схеме устройства для осуществления способа ускорения ионов на фиг.2 изображены:

- импульсный лазер 6, выход которого ориентирован на концентратор;

- лазерный луч 7, направленный через иллюминатор на концентратор;

- иллюминатор 8;

- вакуумная камера 9 с установленной внутри камеры мишенью;

- фронтальная поверхность 10 мишени;

- мишень 11;

- тыльная поверхность 12 мишени;

- плазменное образование (ПО) 13 на тыльной поверхности мишени;

- тороидальный плазменный токовый слой (ТПТС) 14 внутри ПО;

- вторая мишень 15 внутри вакуумной камеры;

- концентратор энергии 16 внутри вакуумной камеры;

- счетчики нейтронов 17;

- плазменный токовый слой (ТПТС) 18 в подлете ко второй мишени;

- активированный слой 19 на приемной поверхности второй мишени.

При функционировании устройства для осуществления способа ускорения ионов на тыльной поверхности 12 мишени формируется ПО 13, а внутри ПО 13 формируется тороидальный плазменный токовый слой (ТПТС) 14 с включенными в него ионами (см. п.14 на фиг.2).

При этом между основной и второй мишенями ионы показаны в плазменном токовом слое (ТПТС) 18 на этапе подлета ко второй мишени, а на этапе их внедрения в поверхностный слой второй мишени 19 в приемной мишени ускоренных ионов 15 показано овальное расплытие ускоренных ионов дейтерия в поверхностном слое второй мишени 15 с образованием активированного слоя овальной формы 19 (см. п.19 на фиг.2).

Об осуществлении перспективной ядерной реакции синтеза D+D→3He+n+3,27 МэВ с получением гелия 3He и нейтронов n в результате столкновения налетающих и внедренных во вторую мишень ионов в активационном поверхностном слое 19 сигнализирует детектор гелия и/или счетчик нейтронов 17.

При этом способ ускорения ионов в устройстве для его осуществления реализуется следующим образом. Согласно блок-схеме устройства для осуществления способа ускорения ионов на фиг.2 на входе вакуумной камеры 9 устанавливают импульсный лазер 6, лазерный луч 7 которого на выходе при функционировании ориентируют через иллюминатор 8 и концентратором энергии 16 на фронтальную поверхность 10 мишени 11, установленной на координатной платформе (не показана) в вакуумной камере 9.

После откачки камеры приступают к работам по обеспечению контролируемого воздействия на фронтальную поверхность 10 мишени 11 луча лазера 7 релятивистской интенсивности. При этом формируют безпредымпульсный луч лазера релятивистской интенсивности (~1018 Вт/см2-1019 Вт/см2) сверхкороткой длительности (~1·10-12 с), который с фокусировкой направляют на фронтальную поверхность мишени 10 и приступают к настройке импульсного лазера 6.

При функционировании импульсного лазера 6 релятивистской интенсивности существуют несколько причин возникновения фонового излучения, по-разному проявляющегося на разных временных интервалах функционирования. Наиболее типичные случаи изображены на фиг.1:

1 - суперлюминесценция (длительность - сотни микросекунд);

2 - остаточные импульсы задающего генератора (интервал следования ~10 нс);

3 - импульсы, возникающие при отражениях от поверхностей оптических элементов (10 пс-100 пс);

4 - остаточные импульсы задающего лазера, совершившие полный обход по резонатору регенеративного усилителя (10 пс-100 пс);

5 - предымпульсы, возникающие в результате искажения спектра и неполной компенсации модуляции фазы усиливаемого излучения (единицы пикосекунд).

В микросекундном диапазоне основным источником шумов является суперлюминесценция в активной среде усилительных каскадов. Для типичных твердотельных активных сред, таких как неодимовое стекло или сапфир с титаном, мощность усиленного спонтанного излучения обычно не превышает нескольких сотен ватт. Оно имеет высокую угловую расходимость и достаточно эффективно подавляется пространственными фильтрами.

Шумовое излучение другого типа связано с периодическим характером генерации сверхкороткого импульса и его последующего усиления в регенеративном усилителе (РУ). Внутрирезонаторное излучение твердотельных лазеров, генерирующих сверхкороткие импульсы, как правило, представляет собой цуг импульсов, следующих с интервалом ~10 нc. При выделении одиночного импульса в результате конечного пропускания электрооптического затвора и других элементов оптической селекции возможно неполное подавление соседних импульсов цуга. На выходе из РУ могут возникнуть аналогичные остаточные импульсы с периодом следования, кратным времени обхода излучением резонатора усилителя.

Помимо импульсов, следующих с наносекундным временным интервалом, могут возникнуть импульсы с интервалом следования в единицы и десятки пикосекунд, в частности в результате отражения от поверхностей оптических элементов. Существует и другая возможность появления фонового излучения в этом интервале - в результате усиления не полностью подавленных импульсов цуга задающего генератора, опережающих основной импульс. При включении добротности РУ к моменту прихода выделенного импульса большой интенсивности предшествующий остаточный импульс цуга успевает совершить полный обход резонатора РУ и начинает эффективно усиливаться вместе с основным импульсом. Временной интервал между основным и остаточным импульсами указанного типа определяется рассогласованием длин резонаторов генератора и усилителя. Поскольку резонаторы РУ и задающего лазера имеют близкие длины, характерные времена следования таких импульсов находятся в диапазоне десятков пикосекунд.

Ухудшение контраста излучения может происходить также в результате искажения спектра и самомодуляции излучения в процессе усиления. Для подавления самовоздействия обычно используется режим усиления линейно-чирпированного импульса, получаемого из исходного спектрально-ограниченного импульса путем принудительной квадратичной модуляции фазы излучения с помощью стретчера, обеспечивающего линейную положительную дисперсию. Однако даже в этом случае при достижении достаточно большой мощности импульс может приобрести дополнительный чирп в процессе усиления. Если приобретаемый чирп имеет нелинейный характер, полностью компенсировать его компрессором на дифракционных решетках, обеспечивающих отрицательную линейную дисперсию групповой скорости, не удается. Модуляция спектра и неполная компенсация нелинейного чирпа могут привести к появлению импульса-предвестника, опережающего основной импульс на времена, сравнимые с длительностью последнего.

Для того чтобы повысить контраст и свести к минимуму влияние шумового излучения, необходимо обеспечить надежный контроль временных и энергетических характеристик излучения в большом динамическом диапазоне. Измерения параметров фонового излучения в микро- и наносекундном временных диапазонах осуществляются обычными средствами лазерной фотометрии (с помощью быстродействующих фотоприемников и скоростных осциллографов). Для контроля формы сверхкороткого импульса на интервалах, сравнимых с его длительностью, разработаны достаточно эффективные методики с использованием нелинейно-оптических процессов второго и третьего порядков, основанные на измерении динамических спектрограмм автокорреляционной функции излучения. Такие методы позволяют довольно точно восстановить временную форму исследуемого пико- или фемтосекундного импульса.

Наибольшую сложность представляют измерения характеристик импульсов фонового излучения, имеющих промежуточную задержку в десятки и сотни пикосекунд. Для прямой регистрации таких импульсов быстродействия и динамического диапазона существующих электронных устройств, как правило, недостаточно. Нелинейно-оптические методы измерений позволяют, в принципе, решить указанную задачу, но слишком сложны для оперативного контроля параметров излучения непосредственно в ходе эксперимента, в частности для измерений во временном интервале ~100 пс за одну лазерную вспышку (что особенно актуально для систем с низкой частотой повторения). Более подробно разработка и экспериментальная реализация достаточно простого и эффективного метода диагностики при контроле выходных параметров мощных пикосекундных лазерных комплексов в субнаносекундном временном диапазоне приведена в работе авторов изобретения B.C.Беляева, А.П.Матафонова и др. «Измерение параметров излучения сверхкороткой длительности методом спектральной интерферометрии чирпированных импульсов».// Квантовая электроника. 2000. Т.30, №3, с.229. В методе, основанном на применении спектральной интерферометрии чирпированных импульсов, используется тот факт, что в пико- и фемтосекундных лазерных системах для снижения влияния самовоздеиствия применяется усиление чирпированных импульсов, получаемых из спектрально-ограниченного исходного импульса путем его принудительного удлинения до ~0.5 нс в дисперсионном стретчере. Измерение спектрального состава излучения с интерферометрической точностью непосредственно на выходе усилительных каскадов позволяет получить информацию о контрасте и временной задержке фоновых импульсов, которых можно ожидать после компенсации фазовой модуляции при прохождении временного компрессора.

Об осуществлении перспективной ядерной реакции синтеза (см. фиг.2) D+D→3He+n+3,27 МэВ при столкновении налетающих (см. п.18) и внедренных (см. п.19) ионов дейтерия во вторую мишень 15 с использованием концентратора 16 для получения энергии релятивистского лазерного излучения с интенсивностью (~1018 Вт/см2-1019 Вт/см2) сверхкороткой длительности с обеспечением получения гелия 3He и нейтронов n при столкновении налетающих и внедренных во вторую мишень ионов в активационном поверхностном слое сигнализирует детектор гелия 17.

1. Способ ускорения ионов, основанный на генерации ионов из ионизируемого материала мишени с ее тыльной стороны под воздействием на фронтальную поверхность мишени высококонтрастного луча лазера релятивистской интенсивности и сверхкороткой длительности с обеспечением ускорения ионов ортогонально тыльной поверхности мишени при их движении к приемнику, отличающийся тем, что в качестве материала основной мишени выбирают дейтерированный полиэтилен (CD2)n толщиной l1 в диапазоне l1≈1 мкм ÷10 мкм и под воздействием на фронтальную поверхность мишени высококонтрастного луча лазера релятивистской интенсивности I в диапазоне I≈1018÷1020 Вт/см2 с энергией Е в диапазоне Е≈10 Дж÷500 Дж и сверхкороткой длительности t в диапазоне t≈100 фс÷1 пс с контрастом k в диапазоне k≈108÷1010 обеспечивают с тыльной поверхности мишени генерацию ионов дейтерия, а в качестве приемника ионов дейтерия используют вторую активируемую ускоренными ионами дейтерия мишень из такого же материала толщиной l2 в диапазоне l2≈100 мкм÷1 мм, которую располагают на расстоянии L в диапазоне L≈10 мм÷50 мм от основной мишени, при этом движущиеся к второй мишени ионы дейтерия ускоряют до энергии, достаточной для преодоления кулоновского барьера между сталкивающимися ионами и обеспечения осуществления перспективной ядерной реакции синтеза D+D→3He+n+3,27 МэВ с получением гелия 3Hе и нейтронов n.

2. Устройство для осуществления способа ускорения ионов, содержащее расположенные в вакуумной камере концентратор энергии, мишень и приемник ускоренных ионов, а вне камеры - импульсный лазер с параметрами релятивистской интенсивности I сверхкороткой длительности t и высокой контрастности k, ориентированный через концентратор на фронтальную поверхность мишени, отличающееся тем, что мишень выполнена из твердотельного дейтерированного полиэтилена (CD2)n толщиной l1 в диапазоне l1≈1 мкм÷10 мкм, а на расстоянии L от этой мишени в диапазоне L≈10 мм÷50 мм в качестве приемника ускоренных ионов установлена вторая мишень из такого же материала толщиной l2 в диапазоне l2≈100 мкм÷1 мм, при этом импульсный лазер имеет релятивистскую интенсивность I в диапазоне I≈1018÷1020 Вт/см2, энергию Е в диапазоне E≈10 Дж÷500 Дж, сверхкороткую длительность t в диапазоне t≈100 фс÷1 пс и контрастность k в диапазоне k≈108÷1010, а в местах регистрации нейтронов перспективной ядерной реакции синтеза установлены детекторы с гелиевыми счетчиками и/или нейтронными счетчиками.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сильноточной электроники и может быть использовано для генерации импульсных пучков быстрых электронов (электронов с энергиями от нескольких десятков кэВ до нескольких сотен кэВ) с большой плотностью (до нескольких десятков А/см2) в газонаполненных промежутках атмосферного давления.

Изобретение относится к линейным индукционным ускорителям заряженных частиц и может быть использовано для ускорения интенсивных пучков легких ионов как в фундаментальных, так и в прикладных задачах.

Изобретение относится к области ускорительной техники. .

Изобретение относится к беспроволочной передачи электрической энергии в атмосфере (воздухе) на большие расстояния на основе инициирования электрических разрядов с помощью лазерного излучения, в котором для формирования плазменного канала вместо использования длиннофокусных оптических систем формируют относительно короткофокусную оптическую систему совместным многократно повторяющимся силовым воздействием на окружающую атмосферу интенсивным лазерным излучением и передаваемым зарядом электронов, предварительно ускоренных до релятивистских или близких к ним энергий.

Изобретение относится к области разделения стабильных изотопов в плазме методом ионного циклотронного резонанса (ИЦР), а также к устройствам для его реализации. .

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для ускорения многозарядных ионов. .

Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к способам ускорения ионов. .

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для решения научных и прикладных задач

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для решения научных и прикладных задач. Ускорение макрочастиц в данном способе осуществляют полем бегущего по спиральной структуре электрического импульса. Мощность подводят к спиральному волноводу и отводят от него по коаксиальным кабелям через согласователи волновых сопротивлений. Замедление электромагнитной волны осуществляется как за счет геометрических свойств самой спиральной структуры, так и за счет заполнения средой, имеющей большую диэлектрическую проницаемость ε (вода, титанат бария), области, расположенной между спиралью и экраном. Ускоряемые макрочастицы имеют цилиндрическую форму с диаметром цилиндра dsh=2 mm, длиной конусной части lcone=13 mm и общей длиной l=300 mm. Предварительное ускорение цилиндров до скорости Vin=1 km/s осуществляют газодинамическим методом. Макрочастицы облучают пучком электронов из электронного ускорителя. Синхронно с инжектированной макрочастицей на спиральный волновод подают импульс, которым макрочастицы ускоряют в продольном направлении. Технический результат заключается в увеличении темпа набора энергии макрочастицами и создании условий для проникновения макрочастиц сквозь атмосферу без фатальной потери скорости при горизонтально расположенном ускорителе. 1 ил., 6 табл.

Изобретение относится к области сильноточной импульсной электротехники. Технический результат - повышение эффективности использования электрической энергии, запасенной в индуктивном накопителе блока электропитания. Электромагнитное устройство для метания диэлектрических макротел содержит блок электропитания, блок пассивной временной нагрузки (БПВН) и N метательно-рекуперативных модулей (МРМ), при этом первый и второй выходные выводы блока электропитания соединены соответственно с первым и вторым входными выводами БПВН, а также с первым и вторым входными выводами каждого МРМ. Первый выходной вывод каждого МРМ соединен с третьим входным выводом БПВН, второй выходной вывод n-го МРМ соединен с третьим входным выводом (n+1)-го МРМ, где n=1, 2, …, (N-1), N≥2, а второй выходной вывод N-го МРМ соединен с третьим входным выводом первого МРМ. Каждый МРМ включает рельсовый электромагнитный ускоритель (РЭУ), дополнительно снабженный рекуперативным индуктивным преобразователем с основной и дополнительной обмотками, а также датчиком положения метаемого тела; два рекуператора, два полупроводниковых ключа, два насыщающихся дросселя, накопительный конденсатор, диод и три ключа. Первый вывод первого насыщающегося дросселя является первым входным выводом МРМ. Второй вывод первого насыщающегося дросселя соединен с первым электродом РЭУ, второй электрод которого соединен с плюсовым выводом первого полупроводникового ключа и плюсовым выводом диода, минусовой вывод которого является вторым входным выводом МРМ и соединен со вторым выводом накопительного конденсатора, первыми выводами обмоток рекуперативного индуктивного преобразователя и вторыми выводами обоих рекуператоров. Минусовой вывод первого полупроводникового ключа является третьим входным выводом МРМ и соединен с первым выводом накопительного конденсатора и первым выводом первого ключа, второй вывод которого является первым выходным выводом МРМ. Первый вывод основной обмотки соединен с первым выводом второго насыщающегося дросселя и первым выводом второго ключа, второй вывод которого соединен с первым выводом первого рекуператора. Второй вывод второго насыщающегося дросселя соединен с минусовым выводом второго полупроводникового ключа, плюсовой вывод которого является вторым выходным выводом МРМ, а второй вывод дополнительной обмотки через третий ключ соединен с первым выводом второго рекуператора. 5 ил.

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для решения научных и прикладных задач. Ускорение макрочастиц в данном способе осуществляют градиентом поля бегущего по спиральной структуре электрического импульса. Способ ускорения макрочастиц заключается в том, что их предварительно электрически заряжают, предварительно ускоряют газодинамическим способом до скорости, соответствующей скорости инжекции в спиральный волновод, и окончательно ускоряют полем бегущего по виткам спирального волновода импульса напряжения. В качестве макрочастиц используют плоский конденсатор, который ускоряют полем бегущего по виткам импульса напряжения, при этом ускорение плоского конденсатора ведут в диэлектрическом канале, предотвращая его разворот на 180 градусов и его отклонение от оси ускорения. Технический результат - увеличение темпа ускорения. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к ядерной физике и может быть использовано как инструмент исследования и как технологическое средство ускорения частиц в физическом эксперименте. В заявленном способе инициирования ядерной реакции синтеза предусмотрено использование двух мишеней, выбор в качестве материала первой мишени дейтерированного полиэтилена (CD2)n толщиной l1 в диапазоне 1 мкм÷10 мкм, генерация при этом ионов дейтерия с тыльной стороны ионизируемого материала первой мишени под воздействием на фронтальную поверхность этой мишени высококонтрастного луча лазера релятивистской интенсивности и сверхкороткой длительности с энергией в диапазоне 10 Дж÷500 Дж и с контрастом в диапазоне 108÷1010. При этом обеспечивают ускорение ионов дейтерия по направлению ко второй мишени для воздействия ускоренными ионами дейтерия на ее поверхностный слой. В качестве второй мишени используют титановую мишень, фронтальную поверхность которой предварительно активируют ионами гелия 3He. Вторую мишень располагают в вакууме на расстоянии 10 мм÷50 мм от первой мишени и ускоряют движущиеся к ее поверхности ионы дейтерия до энергии, достаточной для осуществления реакции D+3Не→4He+р+18,3 МэВ с получением α-частиц (4Не) и протонов р. Использование изобретения при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с твердотельными мишенями позволяет снизить специальные требования по радиационной безопасности при разработке устройства для инициирования ядерных реакций синтеза. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области сильноточной электроники. Технический результат - повышение плотности и величины тока пучка быстрых электронов. Способ генерации сильноточных плотных пучков быстрых электронов в газонаполненном диоде включает генерацию убегающих электронов в области с пониженной концентрацией газа, создаваемой искрой или излучением лазера, и их последующие ускорение в газе при нормальных условиях импульсным электрическим полем и вывод сформированного электронного пучка сквозь анод ускорительного промежутка. Для уменьшения расходимости, увеличения плотности и величины тока пучка вокруг зоны с пониженной концентрацией молекул газа создается электрический потенциал, препятствующий уходу электронов из этой зоны. Это обеспечивает больший пробег электронов в разреженной зоне с пониженной концентрацией газа, а значит, большее количество электронов захватывается в режиме непрерывного ускорения, они набирают большую энергию, а при выходе из зоны испытывают меньшее рассеяние. Устройство для реализации способа представляет газонаполненный диод, на катод которого подается потенциал от основного высоковольтного генератора, а через заземленный анод выводится электронный пучок. Катод окружен диэлектрической трубкой с высотой h над поверхностью катода, при этом 0<h<A, где A - расстояние между краем трубки и анодом, при котором происходит искровой разряд. У края диэлектрической трубки, обращенного к аноду, установлен дополнительный электрод, который совместно с катодом образуют дополнительный межэлектродный промежуток, к которому подключен дополнительный высоковольтный импульсный генератор для нагрева газа в диэлектрической трубке посредством образования искрового канала в ней. Под действием импульса напряжения от дополнительного высоковольтного генератора между катодом и вспомогательным электродом возникает искра, которая нагревает газ в диэлектрической трубке, давление в ней поднимается, и часть газа покидает пространство диэлектрической трубки. После выравнивания давления внутри диэлектрической трубки и снаружи от нее, восстановления электрической прочности, но не позже времени релаксации температуры, на промежуток катод-анод подается импульс напряжения от основного генератора. Эмитируемые с катода электроны попадают в разреженную зону и набирают между столкновениями энергии больше, чем теряют. Часть электронов оседает на стенках диэлектрической трубки, создавая электрический потенциал, препятствующий их дальнейшему оседанию. Расходимость и уход пучков быстрых электронов из разреженной (горячей) зоны диэлектрической трубки ограничивается отрицательным потенциалом. Поскольку длина диэлектрической трубки регулируется, то пробег электронов в разреженной области может быть больше, количество электронов, захваченных в режим непрерывного ускорения, увеличивается, а расходимость уменьшается. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх