Устройство для формирования сильноточного кольца релятивистских элементов

 

(! !)666528

С©юэ Сееетекнн

Соцмалмстмчвекзи

Рвавубвнн (61)цополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 04.05.76 (21) 2355664/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 15. 12.78,Бюллетень №46 (45) Дата опубликования описания 18.12.78

2 (51) М. Кл

Н 05 H 7/08

Гооудеротееннмй «омнщт

Совета Мни«строе СКР ое делам изобретений н открытий (53) УДК62 1,384..6 (088.8) A. Н. 11иденко,,Я. Е. Красик, А, В. Петров, А. И. Рябчиков, В. A. Тузов и K. Г1. Усов (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им. С. N. Кирова (71) Заивитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИЛЬНОТОЧНОГО КОЛЬЦА

РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЭЛЕКТРОНОВ

Предлагаемое изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц и может найти применение в устройствах для получения электронных сгустков большой плотности, сформированных в виде колец релятивистски вращающихся элект- 5 роков, Известно устройство дпя формирования сильноточного кольца релятивистских электронов, в котором используется притяжение электронного пучка к ферромагнитной поверхности после затухания в ней вихревых токов 1

О щако в таком устройстве невозможно применение постоянных или нарастающих во времени магнитных попей, необ15 ходимых для коллективного ускорения частиц при использовании ферромагнитной поверхности; в сформированном кольце имеются длинноволновые когерентные колебания, связанные с начальными возмущениями ври инжекции сильноточного релятивистского электронного пучка на замкнутую орбиту, причем амплитуда начальных когерентных колебаний возрастает с увеличением интенсивности электронного пучка.

Известно устройство для формирования сильноточного кольца релятивистских электронов, состоящее из сильноточного инжектора электронов, инжекционного патрубка, вакуумной камеры и цилиндрического немагнитного отражающего экрана j23.

Это устройство рассматривается как прототип изобретения. В устройстве самофокусирующийся пучок релятивистских электронов от сильноточного инжектора инжектируется в кольцевую вакуумную камеру, обечайка которой представляет собой металлический экран. В случае импульсных сильноточных электронных пучков, характеризующихся большой скоростью нарастания тока (10 - 10!4 А/с) в металлическом экране возубждаются вихревые токи, которые отталкивают пучок от экрана.

3 6065

Однако из-эа быстрого затухания вихревых токов отталкивающее действие металлического экрана проявляется недолго и оказывается недостаточным дпя захвата сипьноточного кольна релятивистских электронов на этапе ускорения, что необходимо дпя коллективного ускорения заряженных частиц ипи эффективного нагрева плазмы в термоядерных установках.

Uemü изобретения — обеспечение дли- 10 теньного удержания сильноточного релятивистского электронного пучка.

Это достигается. тем, что внутри отражающего экрана коаксиально с ним на равновесной; орбите устанавпивается за- 15 нопнеииая газом диэлектрическая тороидапт ная камера. Малый радиус тора выбирается равным ипи меньшим радиуса катода инжектора.

Сочетание цилиндрического немагнит- 20 ного проводящего отражающего экрана с диэлектрической тороидапьной камерой, расположенной внутри экрана коаксиапьно с последним, обеспечивает движение самофокусирующегося пучка репятивистс- 25 ких эпектронов по равновесной орбите, определенной тором. Тороидапьную камеру выполняют, например, из майпара, полиэтилена и т, д

На чертеже схематично показано 30 предлагаемое устройство.

Устройство для формирования сильноточного кольца релятивистских электронов содержит вакуумную камеру 1, в которой расцопожен цилиндрический немагнитный проводящий отражающий экран 2, а внутри экрана, коаксиапьно с ним на равновесной орбите — диэлектрическая тороидапьная камера 3. Инжекция самофокусирующегося электронного пучка осуществляет- 4О ся от сипьноточного инжектора через инжекционный патрубок 4 по касательному патрубку 5 тороидапьной камеры.

Размеры вакуумной камеры 1 немагнитного проводящего экрана 2, который 4> выполняют, например, из меди, зависят от максимальной энергии электронов на выходе инжектора, скорости нарастания амплитуды тока инжекции и могут изменяться в широких пределах. В качестве о инжектора используют, например, сильноточный наносекундный ускоритель. Малый радиус тороидапьной камеры выбирается равным ипи меньшим радиуса катода

6 инжектора релятивистских электронов.,55

Устройство работает следующим обра» зом. В вакуумной камере 1 поддерживается давление меньше 10 мм. рт. ст.

28 4

B тороидапьной камере 3 устанавливает ся давление, обеспечивающее самофокусировку и транспортировку электронного пучка (например, дпя воздуха это- давпение равно 0,1-1 мм рт. ст.), При инжекции самофокусирующегося электронного пучка от сильноточного инжектора релятивистских электронов в экране 2 возникают вихревые токи, обеспечивающие движение си льноточного релятивистского электронного пучка вблизи равновесной орбиты, т. е. по диэлектрической тороидапьной камере. Электроны пучка, эмиттируемые катодом 6, проходя через анодную фольгу 7, транспортируются по касательному патрубку 5 тороидальной камеры. Электроны пучка ионизируют остаточный газ в диэлектрическом торе, образуя плазменный канал. Диэлектрическая стенка тороидальной камеры выбирается такой, что вторичные электроны плазмы, выбрасываемые из канала под действием электростатического поля пространственного заряда электронного пучка, свободно проходят через нее. Так как вне тороидапьной камеры давление остаточного газа поддерживается меньше

10 мм рт, ст., то.концентрация плазмы, необходимая дпя самофокусировки и транспортировки сильноточного релятивистского электронного пучка, достигается только внутри тора. Следовательно, создается положительно заряженный ионный остов, удерживающий электронный пучок на равновесной орбите. Кроме того, тороидаш ная конфигурация диэлектрической камеры обеспечивает стабилизацию поперечных колебаний сипьноточного релятивистского электронного кольца.

Итак, захват сипьноточного пучка релятивистских электронов на замкнутую орбиту обеспечивается путем отталкивающего действия немагнитного проводящего отражающего экрана и электростатического удержания пучка вблизи положительного ионного остова. Длительное удержание сформированного кольца осуществляется за счет электростатических сил и уменьшающегося во времени магнитного поля токов наводимых пучков в отражающем экране, Максимальное время у держания си льноточного ре пятивистского электронного кольца определяется рассеянием электронов пучка на остаточном газе и составляет 10-100 мкс.

Кроме того, наличие стабилизирующего действия положительного ионного остова препятствует возникновению когерентных

606528

Составитель Е. Медведев

Редактор Т. Колодцева Техред Э. Чужик Корректор Н. Золотовская

Заказ 7 145/49 Тираж 95.0 Подписное

llHHHIIH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 колебаний пучка. Отсутствие в устройстве катушек для создания внешнего мат нитного поля, удерживающего электронный пучок на замкнутой равновесной орбите, и инфлектора значительно упрощает устройство для формирования сильноточного кольца релятивистских электронов и снижает его стоимость.

Формула изобретения

Устройство дпя формирования сильноточного кольца релятивистских электронов, содержащее сильноточный инжектор электр ронов, инжекционный патрубок, вакуумную камеру. и цилиндрический немагнитный отражающий экран, о т л и ч а ю-. щ е е с я тем, что, с целью удержания в течение длительного времени релятивистских электронов, внутри отражающего экрана на равновесной орбите коаксиально с экраном установлена заполненная газом диэлектрическая тороидальная ка мера, малый радиус которой равен ипи меньше радиуса катода инжектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

%504320, кл. Н 05 Н 7/08, 21.03.75.

2. Диденко А. Н. и др. Эксперимент по захвату сипьноточного пучка релятивистских электронов на замкнутую орбиту. Письма в ЖТФ", т. 21, вып. 3, с. 186-190, М., 1975.