Индукционный ускоритель электронов

Индукционный ускоритель электронов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сотоэ Советских

Социалисткч вских

Республик

ОП ИЕ (Ц 522674

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву я (22) Заявлено 03 p1 75(21) 2091376/26-25 (5!) М. Кл. с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Н 05 H 11/00

Государственный комитет

Соавта тйииистроа СССР оо делам изобретений и открытий (43) Оцублнковано25,p6,78.Бюллетень № 23 (53) УДК 621.384.6 (088.8) (45) Дата опубликования описания 25.05.78 (72) Авторы изобретения

А. H. Лиденко, В. А, Тузов, Ю, П, Усов, Э, Г. Фурман и Ю, Г. Юшков

Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики (71) Заявитель (54) ИНДУКБИОННЫй YCKOPHTEJlb BJ1EKTPOHOB

Изобретение относится к ускорительной технике и предназначено для получения электронных релятивистских колец большой плотности для коллективных методов ускорения для плазменных исследований и т,д, Известен индукционный ускоритель электронов, содержащий инжектор, вакуумную камеру, отражающий экран, заземленный в одной точке.

Недостатком этого, устройства является необходимость создания внешних электрических полей, использование инфлектора, требование высоких значений энергии инжектиоуемых частиц. 1!спользовацие самофокусирующихся сильноточных пучков электронов и с помощью экрана "зеркального захвата" электронов на замкнутуто орбиту в газе низкого давления 0,1 — 0,2 мм рт. ст. позволяет получать электронные кольца большой плотности, но не позволяет из-за рассеивания на молекулах газа получить время жизни такого пучка более нескольких десятков микросекунд. Кроме того, время действия механизма "зеркального захвата из-за ко2 нечной проводимости стенок отражающего . экрана ограничено и, например, для меди составляет несколько десятков микросекунд.

Бель изобретения - увеличение циркули> рующего тока электронов и времени жизни, Лля этого в предлагаемом устройстве отражающий экран выполнен симметрично разомкнутым относительно поперечного разреза, каждая из половин экрана через клемто му и индуктивность подключена к выходу генератора импульсов тока, а симметрично относительно экрана размещены два разомкнутых электрода, каждый иэ которых подключен через клемму к выходу высокочастотного генератора, Кроме того, экран выполнен в виде желоба с меньшим сечением в плоскости симметрии.

Вместе с тем, предварительная ионизация газа и создание В районе движения пучка положительно заряженной плазмы высокочастотной мощностью либо каким-то другим образом позволяет получить условия д самофокусировки силытоточного пучка элект.3 ронов при более низком давлении остаточного газа (10 - 10 мм рт, ст), а искусственное поддержание тока зеркального изображения в желобе позволяет ликвидировать затухание наведенного пучком электронов тока из-за конечной проводимости материала желоба, На фиг. 1, 2 и 3 схематично показан предлагаемый индукцисжный ускоритель и системы питания желоба; на фиг. 4 и 5 — о эпюры токов в схеме.

Ускоритель содержит обечайку 1 вакуумной камеры, отражающий экран 2„электроды 3 высокочастотного разряда, вакуумноплотные выводы 4, 5 и 6, 7 соответственно отражающего экрана и высокочастотной мощности, инжекционный патрубок 8, сильноточный инжектор 9 электронов, катушку

ЯО импульсного магнитного поли, буферные индуктивности 11, генераторы 12 и 13, 20 соответственно импульса тока и выоокочас- тотной мощности.

На фиг. 4 и 5 показаны эпюры токов в схеме: 14 — циркулирующий ток электронов в камере (например, для участка аб, фиг. Я))„25

15 — зеркальное отображение тока в отражающем экране (на участке аб; фиг. 1), 16 и 17 — ток генератора 12 импульсов тока в отражающем экране, 18 — сечение инжектируемого пучка электронов, 19— распределение плотности тока по сечению отражающего экрана 2 в виде желоба с меньшим сечением в плотности симметрии от генератора импульсов. .В обечайке 1 вакуумной камеры помещен отражающий экран 2, выполненный в виде желоба с меньшим сечением в плоскости симметрии. Желоб имеет разрыв; концы желоба через выводы 4 и 5 и буферные индуктивности 11 подключены к генератору

Я2 импульсов тока, Желоб имеет одну точку заземления в районе инжекционного пат рубка 8, который непосредственно соединен с анодом сильнзточного инжектора.Симметрично относительно желоба с двух сторон расположе45 вы разомкнутые электроды З,которые электрически изолированы от металлических поверхностей. ускорителя. Каждый электрод через проходные выводы 6 и 7 подключен

56 к генератору высокочастотной мощности

ЯЗ, Симметрично относительно медианной поверхности ускорителя расположены ступени ускоряющих катушек 10 магнитной системы, Ускоритель работает следующим образом.

B исходном состоянии все элементы ускорителя обесточены. B вакуумной камере создано требуемое давление порядка 10 (ф

-6

10 мм рт. ст. B интервале времени

1 — ъо (см. фиг. 4) от генератора 13 на электроды 3 подается ВЧ-мощность. В течение этого времени происходит иониза-. ция остаточного газа в камере и создание в области А, прилегающей к желобу 2 плазмы требуемой концентрации (порядка 10 —

10 ионов/см ). Примерно такой же конценФ 3 трацией электронов по объему обладает релятивистский электронный пучок, инжектируемый сильнотжным инжектором. В это же время Ф, происходит инжекция электронов в камеру. Образование положительно заряженной плазмы происходит из-за различной подвижности электронов и ионов газа, За счет большей подвижности электроны быстрее удаляются из межэлектродной области и оседают на прсжодящих поверхностях желоба и электродов. B момент tq или позднее происходит отключение ВЧ-мошнсюти, но из-за конечного времени рекомбинации ионизированного газа в течение нескольких сот микросекунд в области, прилегающей к желобу, остается положительно заряженная плазма, требуемую степень ионизации которой в дальнейшем пучок создает сам за счет соударений - молекулами газа. При этом происходит компенсация заряда инжектируемых электронов ионами плазмы и создаются условия для самофокусировки сильноточного электронного пучка.

При прохождении пучка электронов вблизи проводящей поверхности (желоба) в ней наводится зеркальное отображение циркулирующего тока, но другого направления.

Если проводимость желоба бесконечно большая, то величина наведенного тока равна току пучка и время циркуляции пучка электронов в желобе зависит только от условий фокусировки и времени жизни пучка в остаточном газе. Такая ситуация показана на фиг. 4 (кривая 14 — циркулирующий ток пучка, кривая 15 - ток зеркального изображения в желобе). Однако при этом желоб должен быть замкнутым, что делает невозможным последующее ускорение пучка электронов переменным во времени магнитным полем из-за демпфирования переменного потока короткозамкнутым витком. В течение времени 1 - 1 пучок электронов совершает первый оборот, в течение времени — Ф. - второй и т. д. Изготовление. сверхпроводящей поверхнос ги, работающей при рассмотренных выше условиях, в настоящее время технологически не представляется в озм ожным, Если отражающий экран выполнен из материала конечной проводимости и с относительной магнитной проницаемсстью„близкой к едипице„то начинает сказываться скин522674 эффект и диффузия электромагнитного пола в материале экрана. При этом существенную роль играет чистота обработки рабочей пьверхности желоба, поскольку глубина проникновения поля (с ин-эффект) и область, в которой наводится ток зеркального изображения, составляют десятки микрон, В случае замкнутого желоба и прекращения инжекции и установления круглого тока зеркального изображения наступает квазистационарный >р режим. Ток зеркального изображения за счет падения напряжения на материале желоба начинает затухать с постоянной времени С, величина которой для меди составляет десятки микросекунд, при этом также происходит 1s диффузия поля пучка в металл, и пучок за счет центробежной силы ложится на желоб и прекращает свое существование, для компенсации затухания величина тока зер кальнoro изображения в предлагаемом устройстве генератором 12 импульсов тока в желобе создаетса дополнительный токкривая 16 (см. фиг. 4), время нарастания которого соответствует времени затухания тока зеркального изображения, s величина тока генератора равна или больше тока зеркального иэображении в случае толстостенного отражающего экрана, Возможно предварительное наведение тока в желобе от генератора 12; при этом ток зеркального изоб-ЗР ражения в желобе будет суммой постоянного ,тока генератора и наведенного тока зеркального изображения (кривая 17), В этом случае за счет выполнения отражающей поверхности в виде желоба переменного сечения возможно создание дополнительных боковых фокусирующих сил путем выбора соответствующего профиля распределения плотности тока по сечению желоба (кривая 19, фиг. 5), Выполнение желоба с разрывом и подклю1ение его к генератору 12 тока через индуктивности 11 позволяет практически исклю- чить демпфирование желоб ом переменного вовремени магнитного поли при ускорении и сжатии электронного кольца, Применение предварительной ионизация остаточного газа низкого давления, создание плазмы в районе прохождения пучка позволяет компенсировать расталкиваюшее действие кулоновских сил и тем самым формировать электронные кольца на равновесном радиусе магнитной системы большой плотности с циркулирующими токами десятков килоампер. Это делает предлагаемый индукционный ускоритель электронов наиболее эффективным для коллективного метода ускорения, создания "бесстеночных ловушек" при исследовании горячей плазмы и т.д.

Формула изобретения

1, Индукционный ускоритель электронов, содержащий инжектор, вакуумную камеру, отражающий экран, заземленный в одной точке, отличающийся тем, что, с целью увеличения циркулирующего тока электронов и времени жижи, экран выполнен симметрично разомкнутым относительно поперечного разреза, каждая из половин экрана через клемму и индуктивность подключена к выходу генератора импульсов тока, а симметрично относительно экрана размещены два разомкнутых электрода, каждый из которых подключены через клемму к выходу высокочастотного генератора.

2,Ускорительпоп, 1, отличаюш и и с я тем, что экран выполнен в виде желоба с меньшим сечением в плоскости симметрии, 522674

Составитель Н. Соловьев

Редактор ll. Горькова Техред М. Петко Корректор И. Гоксич

Заказ 3293/3 Тираж 992 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-3". Раушская наб„д. 4/5

Филиал Ш1П "Патент, г. Ужгород, ул. Нроектная, 4