Взрывоэмиссионный источник ионов

Взрывоэмиссионный источник ионов

Реферат

 

Изобретение относится к сильноточной электронике, в частности к импульсным источникам ионов, может найти применение в ускорительной технике, физике плазмы, в исследованиях по управляемому термоядерному синтезу, промышленной технологии. Цель изобретения получение однородных ионных пучков и расширение диапозона элементного состава ионного пучка. Устройство содержит генератор импульсного напряжения, электронную пушку, катод, анод, вакуумную камеру, вакуумный канал, сепарирующий магнит. Анод включает в себя углеродную ткань и ленту с элементами ионов. Вначале на инициаторе анодной плазмы с высоким коэффициентом усиления электрического поля углеродной тканью образуются пары материала из ленты, которая соосно с углеродной тканью свернута в спираль. Затем с некоторой временной задержкой на анод поступает импульс напряжения, формирующий взрывную анодную плазму, из которой электрическим полем вытягивается ионный пучок. Пары материала ленты образуются за счет ее распыления электронами от наносекундной электронной пушки. Для регулирования длительности фронта ускоряющего напряжения электронной пушки между генератором импульсного напряжения и пушкой включена регулируемая индуктивность. 1 ил.

Изобретение относится к сильноточной электронике, может найти применение в ускорительной технике, лазерной технике, физике плазмы и в термоядерных исследованиях, промышленной технологии. Цель изобретения получение однородных ионных пучков и расширение диапазона элементного состава ионного пучка. На чертеже дана схема источника ионов. Он содержит генератор 1 импульсного напряжения для питания ионного источника, блок 2 временной задержки, генератор 3 импульсного напряжения (ГИН) для питания электронной пушки 4, катушку 5 индуктивности, поворотный магнит 6, вакуумный канал 7, сетчатый катод 8, углеродно-волокнистый инициатор 9 анодной плазмы, ленту 10, содержащую элементы ионов, анодную ножку 11, проходной высоковольтный изолятор 12, вакуумную камеру 13, сепарирующий магнит 14. Анод выполняется в виде спирали углеродной ткани (углеродно-волокнистый инициатор 9 анодной плазмы) и ленты 10, содержащей элементы ионов, и устанавливается в анодной ножке 11, которая подключена к генератору 1 импульсного напряжения. Этот генератор формирует импульсы напряжения положительной полярности. Катод 8 выполняется из сетки, например из молибденовой. Вакуумная камера 13 может быть выполнена из нержавеющей стали. Проходной высоковольтный изолятор 12 может быть выполнен из оргстекла, капролона, полиэтилена и других диэлектрических материалов. Вакуумный канал 7 представляет собой цилиндрическую камеру из металла, при этом она может быть выполнена из нержавеющей стали. При этом в вакуумном канале имеется патрубок для вакуумного соединения электронной пушки. Между этим патрубком и электронной пушкой 4 установлен поворотный магнит 6 обычного типа. Электронная пушка 4 должна формировать пучки с длительностью наносекундного диапазона. Для этих целей подходят электронные пушки с взрывными катодами. Они позволяют формировать пучок электронов с плотностью мощности Р_о 10³ 10⁸ Вт/см². Между электронной пушкой 4 и генератором 3 импульсного напряжения включена катушка 5 индуктивности. Катушка может быть выполнена в виде однослойного соленоида с переменным подключением витков скользящим контактом. Между генераторами 1 и 3 импульсных напряжений включен блок 2 временной задержки для регулировки задержки между выходными импульсами с них. Устройство работает следующим образом. Вначале поступает импульс напряжения с ГИН 3 на электронную пушку 4. При этом сформированный пучок электронов поступает в вакуумный канал 7 и поворачивается при помощи поворотного магнита 6 так, что он по оси вакуумного канала попадает на анодный узел (элементы 9 и 10), проходя через сетчатый катод 8. При этом, подбирая параметры пучка электронов, производят испарение ленты 10, которая содержит элементы необходимых ионов. Пары материала ленты 10 при этом находятся в области инициатора 9 анодной плазмы. Затем с некоторой задержкой относительно импульса напряжения с ГИН 3 на анодный узел (элементы 9-11) поступает импульс напряжения положительной полярности с генератора 1 импульсного напряжения. Эту задержку получают при помощи блока 2 временной задержки. После этого происходит ионизация паров материала ленты 10 в электрическом поле волокон углеродной ткани (углеродно-волокнистого инициатора 9 анодной плазмы), и образуется анодная плазма, из которой электрическим полем вытягивается пучок ионов. Пучок ионов проходит через сетчатый катод 8 и поступает в сепарирующий магнит 14 через вакуумный канал 7. После сепарации ионы, разделенные по массам и зарядностям, поступают в область их использования. В экспериментах использовалась электронная пушка с плотностью мощности в пучке 10⁴-10⁸ Вт/см². Пушка запитывалась от генератора с двойной формирующей линией, выполненной на отрезках радиочастотных кабелей типа РК-50-25. Амплитуда выходного напряжения регулировалась от 30 до 100 кВ. Величина катушки индуктивности изменялась от 10,0 до 1000 мкГн. Оптимизация условий проводилась по анализу параметров ионного пучка и анодной плазмы. При толщине ленты b, меньшей 0,5 толщины углеродной ткани с, наблюдается поперечная неоднородность ( 60%) в ионном пучке элементов ленты. Углеродная ткань должна выступать над лентой на высоту, не меньшую 2-3 толщин ленты. Это условие определяет условие ионизации паров материалов ленты. При давлении остаточного газа 10⁵ торр (что соответствует рабочему давлению в подобных устройствах) за времена наносекундного диапазона парам материала ленты достаточно пройти расстояние не меньше 2-3 толщин ленты. При невыполнении этого условия в элементном составе пучка ионов возрастает количество ионов углерода и ионизации паров происходит неравномерно, что сказывается на поперечной неоднородности ионного пучка. Проведенные эксперименты показали, что при использовании ленты из меди, титана, тантала, никеля формируются пучки ионов этих элементов. Так, при напряжении на источнике ионов 150 кВ получены ионные токи этих элементов: Сu 350 А; Ti 400 А; Ni 380 А Фактор поперечной неоднородности плотности ионного тока составляет i/j_n 15%

Формула изобретения

ВЗРЫВОЭМИССИОННЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ, состоящий из генератора импульсного напряжения и вакуумного диода, включающего в себя вакуумную камеру, проходной высоковольтный изолятор, катод, анод, содержащий инициатор анодной плазмы на основе углеродной ткани, свернутой в спираль, устройство для облучения анода, отличающийся тем, что, с целью получения однородных по плотности тока ионных пучков и расширения диапазона элементного состава ионного пучка, в инициатор анодной плазмы введена лента, содержащая в своем составе элементы получаемых ионов, свернутая в спираль совместно с углеродной тканью, при этом углеродная ткань выступает над лентой на высоту не меньше 2 3 толщин ленты, а отношение толщины ленты b к толщине c составляет 0,5 3,0, при этом устройство для облучения анода выполнено в виде импульсной электронной наносекундной пушки с поворотным магнитом, расположенной за анодом, и электронная пушка подключена к генератору импульсного напряжения через регулируемую индуктивность.

РИСУНКИ

Рисунок 1