Ускоритель ионов

Ускоритель ионов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к ускорительной технике. Ускоритель ионов прост по конструкции, поскольку имеет дополнительный цилиндрический электрод (Э) 11, гальванически изоли-. рованный от Э вакуумного диода (ВД), имеющих катод 5 и анод 6, установленный внутри катодных полостей плазменного размыкателя 8 и ВД и выполняющий фуккции коллектора ионного токг. Он укреплен на Э7, выполненном в виде многозаходной спирали, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) ЯО((((1 (51)4 Н 05 Н 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4110372/24-21 (22) 29. 08. 86 (46) 23.07.89. Бюл. У 27 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им, С.И. Кирова (72) В.1!. Быстрицкий, Я.Е. Красик, B.И. Подкатов. В.Г. Толмачева и О.A.Cníåáðêêîâ, (53) 621.384.6 (088.8) (56) Григорьев В.П. и др. Получение и применение мощных электронных пучков. M.: Атомиздат, 1980, с. 8.

R.À. Meger et а1. "Vacuum inductive store/pulse compression on a

hight power accelerator using plasma орем.пр зыггhes" Appl. Phys.

Lett; 1983, ч(. 4, У 11, р. 943-945.

Изобретение относится к ускорительной технике и может найти применение для генерации импульсных мощ нмх пучков заряженных частиц, в частности пучков, сходящихся к оси, представляющих большой интерес для рода прикладных задач — модификация поверхности металлов и диэлектриков, накачка активных сред и т.д.

Целью изобретения является упрощение конструкции ускорителя.

На чертеже приведена схема ускорителя.

Ускоритель содержит накопитель 1, передающую вакуумную линию 2, наружный электрод которой является корпусом 3, а внутренний отрицательный электрод 4 соединен с отрицательным электродом медленного накопителя 1.

2 (54) УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ (57) Изобретение относится к ускорительной технике. Ускоритель ионов прост по конструкции, поскольку имеет дополнительный цилиндрический электрод (Э) 11, гальванически изоли-, рованный от Э вакуумного диода (ВД), имеющих катод 5 и анод 6, установленный внутри катодных полостей плазменного размыкателя 8 и ВД и выполняющий фуггкции коллектора ионного гок».

Он укреплен на Э 7, выполнешгом в виде многозаходной спирали, 1 ил.

Продолжением электродов передающей

1в((ий линии являются электроды магнитоиэолированного вакуумного коаксиального ® диода, содержащего катод 5, проэрач- С5 ный для ионов, и анод 6. На торце катода 5 укреплен отрицательный элек- () трод 7 плазменного раэмыкателя 8. 4ь

Электрод 7 выполнен в виде многозаходной спирали. Для наглядности на чертеже показана только одна ветвь этой спирали. Анод 9 плазменного раэмыкателя 8 выполнен в виде цилиндр,, " р( на котором укреплена система плазме .-ных пушек 10. Пушки установлены так

) чтобы их оси были направлены по радиусам анодного цндиндра. Внутри ка тодных полостей TT.TastTeTTTToão раэмыка" теля и диода установлен дополнится (ный цилиндричес.;;(((э.(;ек (р< д 11, 3 1386004 выполняющий функции коллектора ионного тока и укрепленный в торце спирали, удаленном от диода. От элементов диода электрод изолирован, Таким образом, вначале в токовую цепь диод и плазменный размыкатель включены параллельно, Плазма 12 создается плазменными пушками !0, Ускоритель работает следующим 10 образом.

Сначала производится зарядка медленного накопителя 1. По окончании зарядки в расчетный момент времени срабатывают плазменные пушки Щ выбрасывая плазму 12 в межэлектродный зазор плазменного размыкателя 8.

Плазма 12 распространяется в радиальном и аксиальном направлениях со скоростью, определяемой ее темпера- 29

5 7 турой и имеющей порядок 10 -10 м/с.

По достижении плазмой 12 расчетной плотности при заполнении ею радиального зазора в плазменном размыкателе г срабатывает медленный накопитель- 1 25 и в цепи, содержащей медленный накопитель 1, пер дающую вакуумную ли- нию 2, включенные параллельно коаксиальный магнитоизолированный диод (состоящий из анода 6 и катода 5) и 30 плазменный размыкатель 8„ начнет нарастать ток. Фронт импульса,накопителя I имеет длительность поряцка сотен наносекунд — единиц микросекунд, поэтому процесс нарастания то" ка достаточно медленный — dI/dt C . (10 -10 ) Л/с. На диоде вихревое напряжение в течение всего импульса накачки тока через размыкатель 8 не превосходит (104 -10 ) В, а магнитное 40 поле, создаваемое этим нарастающим током в А-К зазоре диода, оказываетcs больше критического значения, что обеспечивает магнитную изоляцию и соответственно отсутствие электрон- А5 ных потерь на аноде в диоде, Спустя расчетное время после срабатывания накопителя 1 на аноде 6 диода сторонним источником создается плотная плазма 13. Расчетные времена (момент, срабатывания накопителя 1, момент срабатывания источника) определяются исходя из параметров накопителя плазменных пушек, необходимости сог,ласования импеданса ионного диода с

55 ним и т.д. Первый момент должен быть выбран так, чтобы плотность плазмы (Ппл) в размекателе Ппл 0,4 1 1/$КФ; (m„/m ) где I

V

m;итп

> ток, протекающий по цепи генератора; площадь токового контакта,„ скорость ионов в плазме; масса иона и электрона соответственно, ( а второй момент (учитывая движение плазмы в диоде), — чтобы эффективный зазор диода, обеспечивал необходимый согласованный импеданс последнего при генерации ионного пучка. При дальнейшем нарастании тока в цепи он достигает критического значения для плазмы 12, равного I >0,4 П „1д ех х (m; mo )" S где П„-„пло тн о с ть л плазмы, 7«- средняя скорость рас— пространения плазмы; S — площадь контакта плазмы с электродом 7; e — заряд электрона; m m<- соответственно массы ионов и электронов),.и вблизи спирального электрода 7 произойдет разрыв плазмы 12 с формированием двойного слоя. Процесс разрыва плазмы 12 с дальнейшим возрастанием двойного слоя сопровождается генерацией вихревой ЭДС, которая соответственно появляется между анодом 6 и катодом

5 диода. Под действием возникшей в диоде разности потенциалов, имеющей порядок 10 В, из имеющейся на поверхности анода 6 плазмы 13 (созданной к этому времени каким-либо способом, например, пробоем по поверхности) будет вытягиваться ионный пучок 14, движущийся к катоду 5, прозрачность которого 7) tgc(, гдех . угол захода спиралей электрода 7 плазменного размыкателя 8. Ионный пучок 14, проходя сквозь отверстия в катоде 5, попадает на объект. взаимодействия (активная среда, поверхность металла и т.д.), с него на коллекторный электрод 11, соединенный с дальним от накопителя 1 торцом спирального электрода 7 и, возвращаясь таким образом в плазменный размыкатель 8. обеспечивает в нем такую же величину магнитного потока, как если бы не было ответвления тока на диод, т.е ° при работе устройства обеспечены магнитная изоляция в ионном диоде, эффективная генерация ионного пучка благодаря размещению диода между. медленным накопителем и плазменным размыкателем„ Таким образом, по сравнению с традиционными устройствами такого типа достигается значительСоставитель Е. Громов

I i

Редактор З.Ходакова Техред М.Ходанич Корректор.Л.Бескид

Заказ 4902 Тираж 771 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина,101

1386004 ное упрощение устройства за счет отсут-/ ствия промежуточного накопителя.

Формула изобретения

Ускоритель ионов, содержащий накопитель энергии, передающую вакуумную линию коаксиального типа, внешний электрод которой выполнен в виде вакуумно-плотного корпуса, вдоль оси которого расположен центральный электрод, гальванически соединенный с электродом отрицательной полярности накопителя энергии, соосно расположенные вакуумный диод, снабженный средствами для создания прианодной плазмы, и плазменный размыкатель, выполненный в виде коаксиально расположенных наружного цилиндрического вакуумно-плотного электрода, на поверхности которого размещены радиально ориентированные на ось электрода плазменные пушки, и внутреннего электрода, один торец которого галь- 25 ванически соединен с катодом вакуумного диода, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, в него введен дополнительный цилиндрический электрод, гальванически изолированный от электродов вакуумного. диода, который выполнен коаксиальным с внутренним катодом, имеющим форму полого цилиндра с открытыми торцами и прозрачного для ио- нов, входной торец которого соединг.! с центральным электродом передающей линии, а анод — с внешним электродом передающей линии и плазменного размыкателя, центральный электрод которого выполнен в виде многозаходной спирали, на свободном дальнем от накопителя торце которой укреплен дополнительный электрод, расположенный вдоль оси многозаходной спирали и катода вакуумного диода, прозрачность которого Т больше ли равна tea, где — угол захода многозаходной спирали.