Ионная пушка

Ионная пушка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

"1 638221

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополните II I10c к авт, свил-ву— (22) Заявлено 17.01.77 (21) 2442528i18-25 (01) 11. Кл.

Н 05 Н 5 00 с присосдинснисм заявки М—

Государственный комитет (23) Приор итст†оо делам изобретений и открытий (53) 4 11, 621 384 6 (088.8) Опубликовано 23.04,82. Вюллстсн1, М 15

Дата опубликования описания 23.04.82 б (72) Авторы В. М. Быстрицкий, Я. Е. Красик, В, И. Подкатов изобретс нпя и В. Г. Толмачева

1» (71) Заявитсль Научно-исследовательский институт ядерной физики, электроники и автоматики при Томском ордена Октябрьской Революции -" и ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им. С. М. Кирова (54) ИОН НАЯ ПУШКА

3Т0 УстР0 lcT130 1103в0.13IQT il0.1 IIITb и0Нные пучки с плотностшо тока, рассчитанной

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

Известна ионная пушка i1, 21, состоящая 1гз со.10klîllilà, создающего импульсно< магнитное по Ic, и отражательного триода, имеющего,lisa полупрозрачных металлических катода с общим тонким анодом, сос1оящим и ;.мета.л.ла и диэлектрика и укрепленным на высоковольтном электроде.

В такой пушке при поступлении поло;кительного высоковольтного импульса на анод под действием электрического поля электроны эмнттируются с катодов и ускоряются, совершая многократные прохождения анода, колеблясь между катодами

Потери энергии электронов пучка на ионизацию материала анода способствуют разогреву матерна. гя анода и образованию в приано ikioi)I области плазмы. Из плазмы под действием электрического поля вытягиваются в направлении к катодам ионы. которые выводятся пз пушки для использования. Создаваемое соленоидом импульсI1oe магнитное полс необходимо для лнквн1,a IIIIII потерь электронов нз-за кулоновского раста1KI1133lfllki на обод анода. по закону Чайльда-лэнгмюра, и полным током в десятки килоампер.

К недостаткам устройства относится быстрое разрушение анода за одно или не5 сколько срабатываний ионной пашки под действием электронного пучка.

Известна ионная пушка, содержащая внешний соленоид, анод, выполненный из проводника с диэлектрическими вставками, проводящий катод с диэлектрической вставкой на торце, рас1юложенный коаксияльно внутри анода. В катоде имеются отверстия, размещенные напротиь диэлектрических вставок анода с31.

Прп поступлении высоковольтного положительного импульса на внешний метал. нческнй анод за счет разной электрической длины в металле и в диэлектрике по поверхности янодной диэлектрической

20 вставкой на TOplic, p3c110ложенный коаксипробоя получается плазма. Из плазмы в пределах каждой анодной диэлектрической

i3cTaI31 формируется поток ионов, ускоряется электрическим полем и проходит через отверстия в катоlc. Двигаясь внутри катода. ионы, klcéòðàëèçîâàííûå во всем объемс катода по заряду электронами тлазмы, образованной бомбардировкой ка тодной диэлектрической вставки частью ионов, достигают осн катода и затем осе1

4 шее основание катода, и перпендикуляром к боковой поверхности катода, восстановленным в центре отверстия первого ряда

or основания катода.

При поступлении высоковольтного импульса положительной полярности на внешний металлический конус 2 анода и соединенный с ним металлический стержневой электрод 6 происходит пробой по поверхности анодной диэлектрической вставки 5 между внутренним металлическим конусом 4 и электродом 6 за счет разнои электрической длины изолятора 3 и электрода 6. Этот пробой приводит к образованшо плазмы, служащей источником ионов. Под действием электрического поля в пределах каждой анодной диэлектрической вставки 5 в направлении к катоду 7 формируется ионный поток. Импульсное магнитное поле внешнего соленоида 1 обеспечивает отсечку электронного тока в зазо ре между анодом и катодом в теченис всего импульса, т. е. выполнено условис магнитной изоляции

63822

R v,Jë

В ) 3.4 К UIJ - /d, Ионная пушка содержит внешний соленоид 1, анод 2 — 6 и катод 7, выполненные в виде усеченных полых конусов раструбами в сторону вывода ионного пучка, при- З5 чем катод расположен коаксиально внутри анода. Анод состоит из внешнего металлического конуса 2, соединенного с высоковольтным электродом, изолятора 3 и внутренного металлического конуса 4 с отвер- 40 стиямн на его боковой поверхности под анодные диэлектрические вставки 5, являющиеся источниками ионов. Б центр каждой анодной диэлектрической вставки 5 гведен металлический стержневой элек- 45 трод 6, соединенный с внешним металлическим конусом 2. На боковой поверхности катода 7 в соответствии с положением анодных диэлектрических вставок 5, сделаны отверстия для вывода ионных пучков. 50

Диаметр отверстий гl . д„где d„— диаметр анодной днэлектрическон вставки 5.

К торцу 7 крепится диэлектрический колпак 8, служащий для подавления эмиссии электронов с основания катода, и катодная 55 диэлектрическая вставка 9, обеспечивающая нейтрализацию объемного заряда ионов, движущихся внутри катода 7. Катодная диэлектрическая вставка 9 выполнена в ви де цилиндра с радиусом основания Я„н 50 высотой h. Одним из оснований она крепится к диэлектрическому колпаку 8, а высота ее выбрана равной длине отрезка, ограниченного точками пересечения оси катода с плоскостью, проходящей через мень- 05

3 дают либо на стенках дстсктора, либо на стенках катода. Импульсное магнитное поле, создавасмое соленоидом, обеспечивает полную отсечку электронного тока в диоде.

Устройство позволяет увеличить срок слу>кбы анода, однако вывод пучка поноь в нем невозмо>кен.

Цель изобретения — вывод cIIльпоточnoro ионного пучка нз пушки.

Цель достигается тем, что анод и катод Ip поннои пушки выполнены в виде усеченных конусов раструбамн B сторону вывода ионного пучка, причем радиус диэлектрической вставки соотносится с радиусом меньшего основания катода как 15 где UIJ — напряжение, приложенное к ди оду; 20 б — объемная плотность заряда ионов, а высота катодной диэлектрической вставKII равна длине отрезка, ограниченного точками пересечения оси катода с плоскостью, проходящей через меньшее основание 25 катода, с одной стороны, и перпендикуляром, восстановленным в центре отверстия первого ряда от основания катода.

1-1а чертеже показана конструкция ионной пушки. 30 где К вЂ” масштабный фактор, К = 2; д — зазор между анодом JJ катодом, см, UIJ — — напряжение, приложенное к дио ó, ЧВ,  — напряженность магнитного поля, кГс.

Сформированные потоки ионов входят через отверстия внутрь катода и движутся под углом (3 (90 к его оси. 3а счет кулоновских сил расталкивания между симметрично сходящимися к оси конуса потоками их радиальная составляющая скорости уменьшается до нуля, но при этом продольная составляющая скорости сохраняется. Часть ионов, входящих через отверстия ряда, расположенного ближе других к меньшему основанию катода, бомбардирует катодную диэлектрическую вставку 9 и создает на ее поверхности плазму. Под действием электрического поля, создаваемого объемным зарядом ионов, входящих через остальные отверстия, из плазмы вытягиваются электроны и движутся вдоль си IQJJIIK линий магнитного поля 10, образуя канал плазменных электронов. Радиальный размер канала определяется радиальным размером катодной диэлектрической вставки 9. Радиус катодной диэлектрической вставки 9 выбран равным радиусу, на котором ионы, движущиеся к оси катода, потеряли полностью или большую часть радиальной скорости, JI рассчитывастся по формуле где R„— радиус катодной диэлс ктричес кой вставки 9;

638221

˄— радиус меньшего основания катода 7;

Ьс — напряжение, прило;кенное к диО ..I y б — объемная плотиссть заряд", ионов.

После попадания в область канала плазменных электронов ионный поток становится зарядо-нейтральным (отсутствуст кулоновское расталкивание) и при движсnnn вдоль оси катода со скоростью, опрсдсля >е а. смой формулой: V =(" Icosl3, Л1 1 где 1 О --- напряжение, прило кенное к диод ", < — заряд иона; .Ч вЂ” масса иона;

13 — угол, под которым нормаль к боковой повер эности катода пересекает ось катода, выводится из пушки.

Предлагаемая ионная пушка позволяет получать сильноточные ионные пучки высоких плотностей (10 — 10 Л/см2), представля1ощис оольшой интерес в плане реализации управляемого термоядерного синтеза, а также в физике ядра и смежных с нею областях.

Формула изобретения

1. Ионная пушка, содержащая внешний соленоид и диод, анод которого служит источником ионов и расположен коаксиально сиару1ки катода, выполненный из проводника с диэлектрическими вставками, проводящий катод с диэлектрической встаькой на торце, с отверстиями напротив диэлектрических вставок анода, о т л и ч à 10щаяся тем, что, с целью вывода сильноточного ионного пучка из пушки, анод и катод се выполнены в виде усеченных ко,coI3 раструбами в сторону вывода ионно10 пучка. причем радиус диэлектрическо11 ьставки соотносится с радиусом меньшего

10 основания катода кяк

R,= R,.е где Vg — напряжение, приложенное к ди15 оду; б — обьемная плотность заряд,. ионов.

2. Пушка по п. 1, отлича1ощаяся тем, что высота диэлектрической вставки

QQ равна длине отрезка, ограниченного точками пересечения оси катода с плоскостью, проходящей через меныисс основание като,Iа, и перцсндикуляром к боковой поверхности катода, восстановленным в центре

25 5отверстия первого ряда от осноьания катода.

Источники информации, принятые во вииманис npII экспертизе

l. 33 . М. В1ас! ; Golde:1; Iyapetana

30 1 оз С. Л. Hull. Ann Phq в. Soc. 20, 1381, 1975 г.

2. С, А, Кяре1апа1 os, R. 1х. Pal l ег;

13,. К. Сlш. Лррl. Phys.! ett. 26, 284, 1975 г, 3. А. I lпгпр! гie-; Iг. R. ;. Sudan;

35 1. 9 illcу. 1 Appl. Phys. 47, Х 6, 2382, 1976 г.

638221

Составители И. НеТроВ 1 ехред Л. Куклина

1(орректор 3. Тарасова

1 едактор Е. Хейфиц

Подписное

Изд Хе 125 Тираж 856

ВН11ИПИ Государственпоп> комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 2792

Загорская типография Упрполиграфпздата Мособлисполкома