Способ определения длительностипроцесса установления нейтрализации

 

БАТЬ;;, бная,,„;,с;тО П И С А H И Е (») 5088I9

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Lîþç Ñîâåòñêèõ

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.06.74 (21) 2034871/26-25 (51) М. Кл.з H OIJ 3/04 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опублнкэвано 30.03.76. Бюллетень № 12

Дата опубликсвания описания 21.05.76 (53) УДК 621.387 424 (088.8) 72),вторы зооретення

H. И. Дацко и И. С. Спирин (71) Заявитель (54) СПССОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА

УСТА НОВЛ ЕН ИЯ Н ЕЙТРАЛ ИЗАЦИ И

Изобретение относится к технике электромагнитного разделения изотопов в промышленных сепараторах.

Под временем установления нейтрализации заряда в пучках понимается время, в течение 5 которого донейтрализованный заряд пучка ионов вновь полностью восстанавливается, т. е. пучок становится полностью нейтрализованнымм.

Длительность процесса установления ней- 10 трализации 1„в пучках является важнейшей характеристикой пучка, так как в случае воздействия на пучок периодических во времени денейтрализующих возмущений, вызванных, например, нарастанием силы тока в пучке, 15 нейтрализация может быть сохранена на необходимом уровне только в случае, если время нарастания возмущения (за счет роста тока в пучке) не очень велико, точнее, если скорость нарастания тока в пучке не превосхо- 2;1 дит скорости генерации ионным пучком в его объеме вторичных электронов (которые осуществляют нейтрализацию объемного заряда пучка) . Отсюда следует, что чем меньше время установления нейтрализации заряда в пучках 25 (4 — О), тем пучок более устойчи в к нарушению нейтрализации его заряда при динамических возмущениях, воздействующих на него.

В предельном случае, если 40, пучок не будет подвержен возмущению (денейтрализа- 31 ции) при любой скорости нарастания в нем динамических денейтрализующнх факторов.

Известен способ определения длительности процесса установления нейтрализации ионных пучков в промышленном электромагнитном сепараторе путем регистрации динамики изменения ионного тока пучка, прн реализации которого определяют отношение амплитуды переменной и постоянной составляющей силы тока пучка, iso которым рассчигать длительность процесса установления нейтрализации, считая при этом, что ток пучка колеблется по гармоническому закону, Известный способ определения 4 не обеспечивает достаточной точности, так как основан на целом ряде идеализаций. Считается, что сила тока пучка промодулирована периодическими колебаниями (типа синусоиды). Кроме того, при расчете заряда ионного пучка учитывается только объемный заряд быстрых ионов пучка и медленных электронов, осуществляющих собственно нейтрализацию. Предполагается, что разбалансэтого заряда,внучке в определенные моменты, времени и создает электрический потенциал и электрические поля в пучке. Предполагается, что нарушение нейтрализации осуществляется только в результате внутренних причин в объеме пучка быстрых во времени изменений силы тока.

Считается, что геометрия пучка не играет роли

5088И

60 в процессе восстановления нарушений нейтрализации заряда пучка.

Фактическое положение дел в пучке таково: ток пучка промодулирован переменной составляющей типа шумов. В пучке имеют место пульсации формы пучка (сжатия и расширения), вызывающие большие амплитуды колебаний плотности тока и не фиксируемые в токе на приемник. В состав объемного заряда входит большой вторичный объемный заряд медленных (вторичных) ионов и электронов, превосходящий первичный объемный заряд в два и более раза. Опыт показывает, что возмущение пучка происходит не только вследствие действия внутренних причин, но и вследствие действия внешних электрических полей от зарядов, накопившихся на внутренних стенках металлической камеры сепаратора, в основном на участках с диэлектрическими напылениями. Это так называемая «статическая» денейтрализация. Не исключены и другие внешние воздействия на пучок, разрушающие его нейтрализацию.

Наличие вторичного объемного заряда в пучке приводит к принципиальному изменению природы самих процессов нейтрализации заряда в пучках.

Реальный ионный пучок пробегает свой путь в камере сепаратора через сильное поперечное магнитное поле и имеет сложную форму.

Эти обстоятельства приводят к тому, что t„, практически не поддается даже идеализированному теоретическому расчету, а следовательно и применение известного способа не обеспечивает высокой точности определения /„.

Целью изобретения является повышение точности определения t„.

Поставленная цель достигается тем, что кратковременно повышают потенциал пучка вблизи выхода из источника ионов, например, путем подачи импульсов положительного потенциала на металлические пластины, расположенные вблизи пучка, а по результатам регистрации изменения тока пучка в периоды времени, соответствующие моменту повышения потенциала и следующие непосредственно за ним, судят о длительности процесса.

На фиг. показана возможная схема устройства для реализации предлагаемого способа, где — источник ионов, 2 — приемник изотопов, 3 — электроды, на которые подается потенциал, 4 — ионный пучок, 5 — реперные электроды, 6 — электроды, регистрирующие расходимость пучка, 7 — карман изотопного приемника, 8 — коммутатор, 9 — камера сепаратора, 10 — патрубок вакуумной откачки, На фиг. 2 показаны осциллограммы, отражающие наведение тока пучка В - в карман приемника при подаче на электроды 3 импульсов положительного потенциала. Длительность д

IO

16

2Д

99д

33

4О импульса составляет 2 мксек, частота следования импульсов регулировалась в пределах от t=0,5 кгц до )=10 кгц. В любом столбце верхних осциллограмм кадров приведено наведение тока в карман приемника пучка B + в условиях, когда естественные «шумы» этого тока перед подачей на осциллограф отфильтровывались.

Во втором (в первом столбце) приведены данные по этому току в условиях без фильтрации. Нижние осциллограммы кадров показывают форму зондирующего возмущающего пучок импульса.

На осциллограммах тока направление вверх соответствует убыванию тока пучка В," в карман, т. е. денейтрализации с последующим расплыванием. Участкам осциллограмм с падением соответствует нарастание тока в карман и восстановление нейтрализации. Б левом верхнем кадре из осциллограммы тока следует, что задолго до появления второго возмущающего импульса пучок В; был полностью нейтрализован. На втором левом кадре показан случай с более высокой частотой следования импульсов. Здесь уже отрезок времени между моментом полной нейтрализации заряда в пучке и появлением следующего импульса существенно меньше. И, наконец, на третьем кадре зондирующий и возмущающий импульс подается в момент, когда нейтрализация еще не восстановлена, а ток пучка в кармам не достиг своего максимального значения. ! (ак видно, по осциллограмме тока можно определить время Г„, в течение которого ионный пучок в сепараторе денейтрализi ется при подаче на пластины денейтрализующих имni льсов.

Использование предложенного способа определения показало, что значения 1„, определенные по этому способу значительно отличаются от значений, определенных известным спссобам.

Формула изобретения

Способ определения длительности процесса установления нейтрализации ионных пучков в промышленных электромагнитных сепараторах путем регистрации динамики изменения ионного тока пучка во времени, о т л и ч а юIIJ, и и с я тем, что, с целью повышения точности, кратковременно повышают потенциал пучка вблизи выхода из источника ионов, например, путем подачи импульсов положительного потенциала на металлические пластины, расположенные вблизи пучка, а по результатам регистрации изменения тока пучка в периоды времени, соответствующие моменту повышения потенциала и следующие непосредственно за ним, судят о длительности процесса.

508819

У =0,5 ко

f =0,Юнгам г =Фктц

f =Фкгц

7 = --Ю41

r" = 10 п.ц

Составитель В. Ким

Текред Г. Андреева

Корректор Л. Денискина

Редактор Н. Коляда

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1033 4 Изд. № 1224 Тираж 963 Подписное

LlHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР

I!o делам пзобгетений н открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5