Ионная пушка

 

ИОННАЯ ПУШКА на основе отражательного тетрода, содержащая анод, катод и охватывающий их соленоид , отличающаяся тем, что, с целью расширения круга рабочих веществ, в нее введена система импульсной подачи газа, выполнен в виде трубчатого газораспределителя , в стенке которого в плоскости , параллельной поверхности катода, расположены каналы в виде сопел Лаваля, а система импульсной подачи газа соединена с анодом трубопроводом . со 00 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (1fj

3 59 Н 01 Л 27/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3293065/18-25 (22) 25. 05. 81 (46) 30..09.83 Бюл. Р 36 (72) С.С. Сулакшин .(71) Научно-исследовательский институт.ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.N.Êèðîþà (53) 621 ° 53.8{088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 660543 кл. Н 05 Н 5/00, 1978.

2. Авторское свидетельство ССС"

М 605480, кл. Н 04- Н 5/00, 1977 (прототип). (54) (57) ИОННАЯ ПУШКА на основе отражательного тетрода, содержащая анод, катод и охватывающий их соленоид, отличающаяся тем, что, с целью расширения круга рабочих веществ, в нее введена система импульсной подачи газа, анод выполнен в виде трубчатого газораспределителя, в стенке которого в плоскости, параллельной поверхности катода, расположены каналы в виде сопел Лаваля, а система импульсной подачи газа соединена с анодом трубопроводом.

988111

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для получения сильноточных ионных пучков.

Известны ионные пушки для генерации сильноточного ионного пучка, содержащие соленоид, внутри которого расположены катод и анодный блок, составляющие-отражательный тетрод.

В анодный блок входит водородсодержащая пленка, прозрачная для электро- 0 нов и используемая для образования плазмы, из которой вытягиваются ускоряемые ионы(1) .

Недостатком известных пушек яв ляется возможность ускорения только 15 ионов водорода и малая долговечность анодного блока.

Ближайшим техническим решением является ионная пушка на основе отрах<ательного тетрода,содержащая анод, катод и охватывающий их соленоид f2) .

В известной пушке анод выполнен в виде массивного анодного блока, составленного из двух металлических пластин с заключенной между ними прокладкой из водородсодержащего материала, в металлических пластинах и водородсодержащей прокладке выполнены сквозные отверстия таким образом, что водородсодерх<ащая про. кладка эквидистаитно выступает за края отверстий в металлических пластинах, причем в прокладке со стор5ны отверстий радиально установлены металлические иглы. На катоде выполнены выступы, обращенные к аноду,. 35 с отверстиями, совпадающими по форме и расположению с отверстиями в аноде. Такая конструкция обладает более высоким ресурсом.

Недостатком известного устройства 40 является невозможность ускорения каких"либо других ионов, кроме ионов водорода.

Целью изобретения является расширение круга рабочих веществ.

Эта цель достигается тем, что в известную ионную пушку на основе отрах<ательного тетрода,. содержащую анод, катод и охватывающий их соленоид, введена система импульсной подачи газа, анод выполнен в виде трубчатого газораспределителя, в стенке которого в плоскости, параллельной поверхности катода, расположены каналы в виде сопел Лаваля, а система импульсной подачи газа 55 соединена с анодом трубопроводом.

На фиг.1 схематически показана ионная пушка со схемами питания, на фиг.2 — горизонтальный разрез пушки. 60

Ионная пушка, содержит соленоид 1, внутри него помещен отражательный триод, состоящий из заземленного катода 2 и анода 3, выполненного .в вице трубчатого, например торо- 65 идального, газораспределителя, при-. соединенного к высоковольтному вводу 4.

В газораспределителе имеется система каналов в виде сопел Лаваля 5, направленных к оси коллектора так, что их оси лежат в плоскости, параллельной поверхности катода фиг.2

Источником высокого напряжения является генератор б. Источником газа или пара для пушки является система импульсной подачи, содержащая.: объем 7 с газом или паром, соединенный через импульсный клапан 8, подводящий трубопровод 9, полый высокбвольтный ввод 4 с коллектором анода 3..

Ионная пушка работает следующим образом.

Соленоид 1 создает продольное магнитное поле.. Затем срабатывает импульсный клапан 8, и газ или пар из объема 7. выбрасываются в вакуумированный подводящий трубопровод 9, соединенный с анодом 3 в виде газораспределителя через высоковольтный ввод 4.

Возможность работы пушки обеспечивается тем, что характерное время процессов газового расширения составляет десятки микросекунд так же, как и время срабатывания импульсных газовых. источников, а время срабатывания ускорителя и, соответственно, формирования пучка ионов составляет десятки наносекунд.

Вследствие этого газ является замороженным по отношению к процессу ускорения.

Газ с резким скачком давления на переднем фронте распространяется по направлению к соплам 5. Полый высоковольтный ввод 4 служит в этом случае в качестве ударной, трубы. Дойдя до системы сопел 5,гаэ выбрасывается внутрь анода 3 к его центру. Сопла Лаваля 5 обеспечивают направленность струй таким образом, что внутри анода создается плоский поток газа. В момент, когда газ доходит до центра и таким образом перекрывает всю плоскость анода, на него подается импульс высокого положительного напряжения от генератора б. Поскольку газовое прианодное образование невелико по толщине, она не попадает в зазор анодкатод и импеданс зазора сохраняется, а вакуумная изоляция анода от стенок пушки не нарушается.

Под действием ускоряющего поля внутри анода с катода формируется пучок ускоренных электронов..Потерям электронов на анод препятствует продольное магнитное поле, а также то, что проходное сечение анода больше катода и сечения электронного пучка.

Электроны совершают колебания между катодом и виртуальйым катодом,мно- .

988111

Составитель В.Обухов

Редактор П.Горькова Техред Л.Пилипенко КорректорА ° ><<»H

Заказ 8242/7 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 гократно проходят через газовый слой анода. При этом газ ионизируется. Кроме того, во время нарастания импульса напряжения на его фронте происходит пробой по поверхности газа, что также приводит к созданию плазмы. Поскольку .к аноду приложено положительное напряжение, происходит ускорение ионов, входящих в состав инжектированного газа.

Ионная пушка подсоединяется к генератору б, выполненному, например, на двойной формирующей линии (ДФЛ) .

Анод 3 подсоединяется к внутренней обкладке линии. При этом подводящий трубопровод 9 может выполнять 5 функции зарядной индуктивности, если его выполнить в виде спирали, один конец которой заэемлен.

Для выполнения функции электрического изолятора зарядная индуктивность должна иметь сопротивление

2 w P, где Р -волновое сопротивление линии. Обычно p = 10-20 Ом.

Отсюда следует, что спираль должна иметь три витка диаметром Д=130 см, что укладывается в габариты имеющихся установок.. Режим ударной трубы в спирали будет выполняться при толщине трубки 3 = 2 см. Этот размер подходит для толщины высоковольтного ввода 4 и высоты коллектора анода 3. Диаметр сопел при этом, может составлять несколько миллиметров.

После запуска соленоида 1, создающего продольное магнитное поле в пушке, в момент достижения полем максимального значения через несколько миллисекунд срабатывает импульсный газовый клапан 8. Гаэ по трубчатой зарядной индуктивности, совмещающей в данном случае функции удар,ной трубы - газопровода, зарядного сопротивления ускорителя, через несколько десятков микросекунд достигает системы сопел 5. В момент, ког« да истекающий из сопел гаэ заполняет внутренность анода 3, срабатывает генератор 6. На анод подается наносекундный импульс напряжения.

В дальнейшем работа пушки не отличается от работы известных пушек такого типа. После окончания процесса ускорения газ, йаходящийся в прианодной области и в подводящих трубках, распространяется в объем пушки и откачивается вакуумным насосом.

После откачки пушка готова для нового срабатывания. Данная пушка не содержит каких-либо изнашивающихся элементов (как в случае пленочных анодов, например), поэтому ее ресурс может быть очень высок.

Изобретение позволяет расширить круг рабочих веществ и получать ионы элементов, входящих в состав газообразных и парообразных веществ,