ГАЗОВЫЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ИОННОГО ПУЧКА Российский патент 1994 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к технической физике - нейтрализаторам ионных пучков. Преимущественная область использования - инжекция нейтралов в термоядерный реактор.

Известен литиевый нейтрализатор ионов, в котором разогретый до 1000^оС литий из парогенератора через сопло Лаваля подается в камеру перезарядки, затем конденсируется на охлаждаемом конденсаторе и оттуда с помощью электромагнитной помпы вновь подается в парогенератор. Недостатком этого устройства является использование фазовых превращений рабочего тела - лития, что связано с необходимостью подвода или отвода тепла от отдельных частей вакуумной системы нейтрализатора.

Наиболее близким к предложенному является газовый нейтрализатор ионного пучка, в котором в качестве узлов подачи и отбора поперечного по отношению к ионному пучку потока газа используются встречно установленные вакуумные молекулярные насосы, каждый из которых состоит из внешнего и центрального сферических роторов с взаимно перпендикулярными осями вращения, при этом центральные роторы содержат по одному кольцевому пазу, насос отбора снабжен уплотнительной вставкой, причем насосы установлены так, что общая касательная к поверхностям пазов центральных роторов обоих насосов пересекает ось отверстий для прохода ионного пучка под прямым углом, а контур циркуляции присоединен к корпусам насосов против выходных окон внешних роторов и снабжен ресивером с натекателем. Этот нейтрализатор имеет недостаточно высокую газовую эффективность из-за противодействия винтовых канавок внешнего ротора подаче газа в камеру перезарядки центральным ротором насоса подачи. Винтовые канавки внешнего ротора насоса подачи откачивают газ из камеры перезарядки, в то время как часть паза центрального ротора насоса подачи, стенки которого движутся от выхода к входу насоса подачи, перемещает газ в камеру перезарядки. Это противодействие уменьшает упорядоченную скорость газа в подающей части паза центрального ротора, что приводит к снижению скорости течения нейтрализующего газа через камеру перезарядки, увеличению утечки медленных молекул нейтрализующего газа.

Цель изобретения - повышение газовой эффективности нейтрализатора путем увеличения скорости подачи газа в камеру перезарядки.

Поставленная цель достигается тем, что насос подачи снабжен неподвижной заслонкой, установленной в подающей части кольцевого паза центрального ротора и экранирующей рабочее пространство паза от поверхности внешнего ротора.

На чертеже показан газовый нетрализатор ионного пучка в разрезе.

Нейтрализатор содержит камеру 1 перезарядки с отверстиями 2 для прохода ионного пучка (пучок нормален к плоскости чертежа). Камера 1 фланцами 3 соединена с входами насосов 4, 5 подачи и отбора нейтрализующего газа соответственно, в качестве которых используются вакуумные молекулярные насосы с двумя сферическими роторами, вращающимися вокруг взаимно перпендикулярных осей. Фланцы 6, 7 входных патрубков насосов на корпусах 8, 9 размещены против выходных окон внешних роторов 10. 11. Фланцы 12, 13 выходных патрубков насосов соединены между собой трубопроводом 14 замкнутого контура циркуляции газа, к которому присоединен ресивер 15 через натекатель 16. Насос 5 отбора снабжен уплотнительной вставкой 17, препятствующий перемещению газа центральным ротором 18 с выхода на вход насоса 5. Перемещение газа с входа на выход насоса 5 отбора от фланца 7 к фланцу 13 производится частью паза 19 центрального ротора 18, закрытого поверхностью внешнего ротора 11 с винтовыми канавками 20. Насос 4 подачи, не содержащий уплотнительной вставки, перемещает газ как со своего входа на выход (от фланца 6 к фланцу 12) частью кольцевого паза 21 центрального ротора 22, закрытого поверхностью внешнего ротора 10 с винтовыми канавками 23, так и с выхода на вход насоса частью кольцевого паза 24.

В падающей части паза 24 насоса подачи 4 установлена неподвижная заслонка 25, экранирующая рабочее пространство паза от поверхности внешнего ротора.

Насосы 4, 5 установлены навстречу друг другу, при этом концы частей пазов 19, 24 центральных роторов 18, 22, обращенные к камере 1 перезарядки, имеют общую касательную (показана пунктиром) под прямым углом пересекающую ось отверстий 2 для прохода пучка. Эта ось параллельна осям центральных роторов 22, 18 насосов 4, 5 (Стрелками показаны направления вращения роторов 18 и 22).

Газовый нейтрализатор работает следующим образом.

Сначала центральные и внешние роторы 22, 18, 10, 11 насосов 4, 5 приводятся во вращение вокруг взаимно перпендикулярных осей. По достижении номинальной скорости вращения нейтрализатор заполняют газом из ресивеса 15 через регулируемый натекатель 16. Газ растекается по трубопроводу 14 и попадает через фланцы 12, 13 на выходы насосов 4, 5. Проникновению газа через насос 5 отбора с выхода на его вход препятствуют встречное движение стенок части паза 19 центрального ротора 18, уплотнительная вставка 17, снос газа винтовыми канавками 20 внешнего ротора 11 от входа к выходу насоса. Газ, поступивший к всасывающему концу части паза 24 центрального ротора 22 насоса 4 подачи, разгоняется этим ротором, и при выходе из-под поверхности неподвижной заслонки 25 отрывается по касательной и пересекает камеру 1 перезарядки вдоль пунктирной линии. Диаметр потока нейтрализующего газа определяется поперечным сечением паза 24, формирующего поток.

Прошедший через камеру 1 поток глубоко проникает в установленный по касательной всасывающий конец части паза 19 центрального ротора 18 насоса 5 отбора и отводится ротором 18 к выходу насоса 5, откуда через выходной фланец 13 и трубопровод 14 вновь перетекает к фланцу 12 насоса 4 подачи, а оттуда - к всасывающему концу паза 24 этого насоса. Часть паза 21 центрального ротора 22 и винтовые канавки 23 внешнего ротора насоса 4 подачи, а также винтовые канавки 20 внешнего ротора 11 насоса 5 отбора улучшают вакуум в камере 1 перезарядки, что уменьшает торможение нейтрализующего потока.

По достижении заданной величины нейтрализующего потока натекателем 16 уменьшают подачу газа из ресивера 15 до величины, равной утечке газа через отверстия 2 камеры 1. После заполнения камеры перезарядки газом в нее через отверстия 2 подают ионный пучок.

Благодаря экранированию рабочего пространства подающей части паза 24 от поверхности внешнего ротора 10 неподвижной заслонкой 25 устраняется имевшееся в прототипе противодействие винтовых канавок 23, стремящихся перемещать газ от входа к выходу насоса подачи, разгону нейтрализующего потока частью кольцевого паза 24 насоса 4 подачи.

Скорость подачи нейтрализующего потока газа в камеру перезарядки возрастает, что уменьшает по сравнению с прототипом утечку нейтрализующего газа вдоль пучка быстрых частиц. Уменьшение утечки "медленных" молекул нейтрализующего газа вдоль пучка быстрых частиц и понижение его расхода повышают газовую эффективность нейтрализатора. (56) Дьячков Б. А. и др. Литиевый нейтрализатор ионов. Приборы и техника эксперимента. 1974, N 2, с. 35.

Авторское свидетельство СССР N 1625256, кл. Н 05 Н 1/00, 1990.

Использование: в технике получения и применения ионных пучков в качестве газового нейтрализатора ионного пучка. Сущность изобретения: газовый нейтрализатор выполнен на основе двух встречно установленных вакуумных турбомолекулярных насосов с двумя шаровыми роторами, имеющими взаимно перпендикулярные оси вращения. Насос подачи газа снабжен неподвижной заслонкой, установленной в подающей части паза центрального ротора, экранирующей рабочее пространство паза от поверхности внешнего ротора. 1 ил.

ГАЗОВЫЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ИОННОГО ПУЧКА, содержащий камеру перезарядки с отверстиями для прохода ионного пучка и пристыкованные к ней с двух сторон узлы подачи и отбора потока нейтрализующего газа, выполненные в виде встречно установленных вакуумных молекулярных насосов и соединенные с трубопроводом замкнутого контура циркуляции нейтрализующего газа, при этом в состав каждого насоса входит внешний и центральный с кольцевым пазом сферические роторы со взаимно перпендикулярными осями вращения, насос отбора снабжен уплотнительной вставкой, причем насосы установлены таким образом, что общая касательная к поверхности пазов центральных роторов обоих насосов пересекает ось симметрии отверстий для прохода ионного пучка под прямым углом, а контур циркуляции нейтрализующего газа присоединен к корпусам насосов напротив входных окон внешних роторов и снабжен ресивером с натекателем, отличающийся тем, что, с целью повышения газовой эффективности, насос подачи снабжен неподвижной заслонкой, установленной в подающей части кольцевого паза центрального ротора и экранирующей рабочее пространство паза от поверхности внешнего ротора.