Устройство для инжекции сильноточного электронного пучка в установку с магнитным полем

Устройство для инжекции сильноточного электронного пучка в установку с магнитным полем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

СПИ Я

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

1 (23) Приоритет

Опубликовано 05.01 8о. Бюллетень Рй

Дата опубликования описания 05.01.80

Н 05 Н 5/00

3Ъеударстееннмй комитет

СССР до делам изобретений и открытий (53) УД 621.384.6 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. Н. Диденко, Б. А. Нечаев. А. И. Рябчиков и В. А. Тузов

Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. C. М. Кирова (73) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНЖЕКЦИИ СИЛЬНОТОЧНОГО

ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В УСТАНОВКУ С МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц и может найти применение в устройствах для захвата на замкнутую орбиту сильноточного электронного пучка и в установках для удержания и нагрева плазмы в магнитном поле с использованием сильноточных электронных пучков.

Известно устройство дитя инжекции сильноточного электронного пучка в камеру с тороидальным магнитным полем 11).

36

Недостатком является значительное искажение внешнего магнитного поля во время инжекции пучка, снижающее эффективность инжекции., Кроме того, такое устройство не позволяет провести электронный пучок в магнитном иоле на большое расстояние внутрь камеры и таким образом не позволяет инжектировать электроны в камеры большого сечения. Длина, на которую в этом устройстве проходит пучок, не отклояяясь во внешнем тороидальном поле, сравнима. с диаметром спирального катода ускорителя.

Известно также.устройство для инжекции электронного пучка в установку с поперечным магнитным полем, состоящее из -«льнотсч :.ого электронного ускорителя прямого действн -, вакуумной камеры, установки, катуп|ка .тг создания в ней магнитного ноля 12 .

Наиболее существенными его недостаткам является наличие значительных энергетических потерь электронного пучка при инжекции, связанных с соударениями электронов со стенками газонаполненного щшиндра и конечным временем ионизации газового канала, что приводит к потере электронов на переднем ф зонте до тех пор, пока не достигается необходимая степень ионизации газа.

Цель прещтагаемого изобретения — уменьше. пне энергетических потерь электронного пучка.

Для этого вне вакуумной камеры установлен лазер, а на поверхности анода электронной пушки ускорителя со стороны вакуумной камеры укреплена твердотельная мишень, помещенная внутри цилиндрического сопла, причем оптическая ось лазера, оси электронной пушки и цилиндрического сопла совпадают.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

708544

tia черзеже принятые следующие обозначения: 1 — лазер, 2 — оптически прозрачное окно, 3 — катушки для создания магнитного поля, 4 — вакуумная камера установки, 5— цилиндрическое сопло, 6 — твердотельная мишень, 7 — анод сильноточного ускорителя, 8 катод ильноточного ускорителя, 9 — сильноточный электронный ускоритель прямого действия.

Предлагаемое устройство работает следуюгцим образом.

В вакуумной камере 4 установки давление остаточного газа составляет меньше, чем

10 з тор. Сначала срабатывает лазер 1, Сфокусированный световой луч лазера 1 через оптически прозрачное окно 2 в вакуумной камере

4 установки попадает на твердотельную мишень 6 и разогревает ее до высокой темпера1урь1, при которой происходят процессы испарсння и тсрмоионизации материала твердотельной мишени 6. Адиабатический нагрев мишени

6 и продуктов ее испарения приводит к резкому нарастанию давления внутри цилиндрического сопла 5, вызывающего ускорение плазмы внутри цилиндрического сопла 5, навстречу лучу лазера. Скорость разлета плазмы достигает 10" см/с. Нейтральные атомы испаренного вещества твердотельной мишени 6 движутся так же навстречу лучу лазера и подвергаются дополнительной ионизации. Таким образом, при вполне достижимых в настоящее время уровнях мощности лазера, получают почти стопроцентную иоцизацию исцаренного вещества, образующего плазменный канал внутри вакуумной камеры 4 установки.

Геометрические размеры плазменного канала определяются размерами цилиндрического сопла

5 я уровнем мощности лазера 1 и могут изменятъся в широких пределах.

Запуск сильноточного ускорителя 9 осуществляют с временной задержкой относительно момента срабатывания лазера 1, требуемой для формирования плазменной струи. Электронный пучок выводят из ускорителя через анод 7 и инжектируют в плазменную струю, Под действием пространственного заряда пучка электроны плазмы покидают плазменный канал, а положительный заряд ионов плазмы обеспечивает условия самофокусировки сильноточного электронного пучка. При смешении электронного пучка относительно плазменного канала под действием внешнего магнитного поля возникают электростатические поля поляризации, которые удерживают электронный пучок вблизи плазменного канала, Таким образом, создают условия для эффективной инжекции пучка в установку с магнитным полем любой конфигурации.

Диаметр цилиндрического сопла равен диаметру сфокусированного лазерного луча и мо- жет составлять от нескольких микрон до нескольких миллиметров, это на несколько порядков меныце диаметра используемых в настоящее время сильноточных электронных

lO пучков. Длина цилиндрического сопла равна нескольким диаметрам, поэтому потери электронов пучка на цилиндрическом сопле незначительные.

Предлагаемое устройство обладает рядом преимуществ по сравнению с известными. Вопервых, за счет уменьшения энергетических потерь на столкновения и ионизацию атомов остаточного газа и потерь на стенках газонаполнительного цилиндра, увеличивается эффективность инжекции. Во-вторых, предлагаемое устройство позволяет инжектировать электронный пучок в установку с магнитным полем на значительные расстояния, по крайней мере, порядка метров.

Отсутствие дополнительных материальных элементов в области дрейфа пучка расширяет возможности использования устройства в различных областях техники.

ЗО

Формула изобретения

Устройство для инжекции сильноточного электронного пучка в установку с магнитным полем, содержащее сильноточный электронный ускоритель прямого действия, вакуумную камеру установки и катушки для создания в ней магнитного поля, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения энергетических

4О потерь электронного пучка, вне вакуумной камеры установлен лазер, а на поверхности анода электронной пушки ускорителя со стороны вакуумной камеры укреплена твердотельная мишень, помещенная внутри цилиндрического

4 сопла, причем оптическая ось лазера, оси электронной пушки и цилиндрического сопла совпадают.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Brower О. Е., Kusse 8. R. Meixel G. О.

lEEE Traus Plasma Science, Ч. PS — 2, 1974, р. 193, 2. Bavanchikon E. I., Cordeev,АЧ et al,, . Proc, interu, . conf on electron beam reeeach

and technology 1975, Aebuguergue Ч$А, 2, р. 284-302.

708544

Составитель .Е. Медведев

Техред М. Петко Корректор М. Пожо

Редактор Б. Павлов

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8516/55 Тираж; 885 Подписное

UHHHIIH Государственжло комитета СССР по делам изобретений и открытий

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