СПОСОБ ПЛАЗМООПТИЧЕСКОЙ МАСС-СЕПАРАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК G21C19/42 

Изобретение относится к способам и устройствам для электромагнитного плазменного разделения химических элементов, изотопов и может быть использовано при выделении химических элементов или групп элементов и производстве изотопов.

Изобретение относится к перспективному приоритетному направлению развития науки и технологий: «Технологии атомной энергетики, ядерного топливного цикла, безопасного обращения с радиоактивными отходами и отработанным ядерным топливом».

Основными областями применения изотопов и ядерно-чистых веществ является атомная техника - топливо для атомных электростанций, конструкционные материалы в реакторостроении, замедлители и поглотители нейтронов, исследование структуры и свойств веществ методами ядерного магнитного резонанса, терапевтическая ядерная медицина, радиационная стерилизация, модификация растений с помощью радиационно-индуцированных мутаций, изотопные индикаторы.

Известен способ масс-сепарации [Ошер Дж. Корпускулярная диагностика // в кн. Диагностика плазмы / под ред. Р.Хаддлстоуна и С.Леонарда. М: Мир, 1967. - С.440-441].

Известный способ масс-сепарации реализуется следующим образом.

При одновременном воздействии на заряженную частицу, движущуюся со скоростью V, электрического Е и магнитного В полей ее отклонение пропорционально силе Лоренца:

,

где:

z - кратность заряда частицы;

е - заряд электрона, Кл;

Е - векторная величина напряженности электрического поля, В/м;

с - скорость света, м/с;

V - вектор скорости частицы, м/с;

В - векторная величина напряженности магнитного поля, Гс.

Если электрические поля ориентированы под прямым углом друг к другу (скрещенные поля) и скорость потока частиц перпендикулярна обоим полям, все частицы, попадающие в область анализирующих полей, начинают двигаться по циклоидам. Но заряженные частицы, скорость которых равна

,

проходят на приемник ионов без отклонений относительно первоначального направления; таким образом выделяется ион целевого элемента или изотопа.

Признаком известного способа, совпадающим с существенным признаком заявляемого способа, является:

- создание в рабочем объеме масс-сепаратора скрещенных электрического и магнитного полей, перпендикулярных направлению движения заряженных частиц.

Недостатком данного способа является то, что в процессе сепарации одновременно выделяется ион изотопа или химического элемента только одной (целевой) массы.

Известное устройство масс-сепарации [Ошер Дж. Корпускулярная диагностика // в кн. Диагностика плазмы / под ред. Р.Хаддлстоуна и С.Леонарда. М: Мир, 1967. - С.440-441] включает входную и выходную диафрагмы для ввода-вывода потока разделяемых заряженных частиц, плоскопараллельные пластины для создания электрического поля, систему создания однородного магнитного поля, приемник выделенных ионов.

Признаками известного устройства, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются:

- входная диафрагма для ввода заряженных частиц;

- параллельные пластины для создания электрического поля;

- система создания магнитного поля;

- приемник выделенных ионов.

Недостатком известного устройства при разделении многокомпонентной смеси ионов является необходимость введения дополнительного элемента - генератора развертки, осуществляющего изменение напряженности электрического поля в диапазоне, определяемом массами разделяемых ионов изотопов или химических элементов.

Известен способ разделения изотопов [Жуков В.В., Малов А.Ф., Староверов Л.И., Суздалев В.А. Способ разделения изотопов и устройство для его осуществления // Патент SU №1387236, МПК⁶ B01D 59/48, опубл. 20.10.1996].

Известный способ включает ионизацию вещества, создание многокомпонентного пучка ионов, подачу пучка в область сепарации, создание в области сепарации скрещенных неоднородного электрического поля, потенциал которого изменяется по закону

,

где:

a - постоянная величина, определяемая энергией, массой основного иона и координатами точки старта;

V₀ - потенциал, ускоряющий ионы в ионном источнике, В;

r - текущий радиус траектории, м,

и однородного магнитного поля напряженностью Н₀ и накопление разделенных ионов на приемниках.

Признаками известного способа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются:

- ионизация вещества;

- создание многокомпонентного пучка ионов;

- создание плазмы в области сепарации;

- подача пучка в область сепарации;

- создание в области сепарации скрещенных неоднородного электрического и магнитного полей;

- накопление разделенных ионов на приемниках.

Недостатками известного способа являются:

- многокомпонентный пучок ионов создается в источнике ионов, что ограничивает ток разделяемого пучка и, следовательно, производительность процесса;

- разделение допустимо только для моноэнергетичного пучка ионов;

- трудность создания электрического поля, напряженность которого изменяется по заданному (квадратичному) закону;

- разделение осуществляется только на 2 фракции: легкий/тяжелый изотопы.

Известное устройство [Жуков В.В., Малов А.Ф., Староверов Л.И., Суздалев В.А. Способ разделения изотопов и устройство для его осуществления // Патент SU №1387236, МПК⁶ B01D 59/48, опубл. 20.10.1996] состоит из вакуумной камеры, постоянного магнита с полюсами, магнитопровода, двух наборов концентрических электродов и приемников разделенных ионов.

Признаками известного устройства, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются:

- вакуумная камера;

- приемники разделенных ионов;

- набор электродов.

Недостатками известного устройства являются:

- большой вес постоянного магнита, равный 25 т.

Прототипом заявляемого способа и устройства является способ и устройство плазмооптической масс-сепарации (ПОМС-Е) [Морозов А.И., Савельев В.В. Осесимметричные плазмооптические масс-сепараторы // Физика плазмы, 2005. - Т.31, №5. - С.458-465].

Способ масс-сепарации (ПОМС-Е) по прототипу включает:

1) получение квазинейтрального аксиально-симметричного многокомпонентного потока плазмы с помощью плазменного ускорителя (стационарного плазменного двигателя);

2) транспортировку потока плазмы через азимутатор, в котором в поперечном радиальном магнитном поле разным ионам сообщаются различные импульсы в азимутальном направлении - осуществляется разделение ионов по массам;

3) транспортировку потока плазмы через цилиндрический сепарирующий объем, в котором создается стационарное радиальное электрическое поле и который помещается в область однородного постоянного магнитного поля, замагничивающего электроны, но практически не влияющего на динамику ионов;

4) компенсацию возникающего из-за ухода электронов объемного заряда плазменного потока;

5) собирание ионов на кольцевые приемники ионов, расположенные в расчетных по длине и радиусу сепарирующего объема положениях.

Признаками способа по прототипу, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются:

1) получение квазинейтрального аксиально-симметричного многокомпонентного потока плазмы с помощью плазменного ускорителя;

2) транспортировка потока плазмы через цилиндрический сепарирующий объем, в котором создается стационарное радиальное электрическое поле и который помещается в область магнитного поля;

3) собирание ионов на приемники, расположенные в расчетных по длине и радиусу сепарирующего объема положениях.

Недостатками способа по прототипу являются:

жесткие условия на моноэнергетичность пучка ионов и угловой разброс потока на выходе из ускорителя, которые ограничивают возможности использования способа по прототипу в практических целях. Расчеты прототипа сделаны для случая одинаковых энергий ионов различных масс на выходе из источника плазмы и малых (не более ±5°) угловых разбросов скоростей ионов плазменного потока. Практическое использование ПОМС-Е предполагает совершенствование, оптимизацию существующих плазменных ускорителей к уровню требований прототипа. Наиболее приближенный к этим требованиям стационарный плазменный ускоритель-двигатель АТОН [Морозов А.И., Бугрова А.И., Десятсков А.В., Ермаков Ю.А., Козинцева М.В., Липатов А.С., Пушкин А.А., Харчевников В.К., Чурбанов Д.В. Стационарный плазменный ускоритель-двигатель АТОН // Физика плазмы. - 1997. - Т.23, №7. - С.635-645] генерирует ионы (ксенон) с энергиями от нескольких потенциалов ионизации до eU_p, где U_p - напряжение между катодом и анодом, со средней энергией около Е_ср≈0,75 U_p. В большинстве плазменных источников разброс по продольным скоростям ΔV_z~V_z. Девяносто процентов тока пучка ионов лежит внутри конуса с углом расходимости около 11°.

Устройство по прототипу [Морозов А.И., Савельев В.В. Осесимметричные плазмооптические масс-сепараторы // Физика плазмы, 2005. - Т.31, №5. - С.458-465] включает:

1) плазменный ускоритель - стационарный плазменный двигатель;

2) азимутатор;

3) катод;

4) систему создания магнитного поля в цилиндрическом сепарирующем объеме;

5) систему создания радиального электрического поля в цилиндрическом сепарирующем объеме;

6) источник электронов компенсации объемного заряда потока плазмы;

7) кольцевые приемники разделенных компонентов пучка ионов, расположенные в расчетных по длине и радиусу сепарирующего объема положениях.

Признаками устройства по прототипу, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются:

1) плазменный ускоритель;

2) катод;

3) система создания магнитного поля в цилиндрическом сепарирующем объеме;

4) система создания радиального электрического поля в цилиндрическом сепарирующем объеме;

5) источник электронов компенсации объемного заряда потока плазмы;

6) приемники разделенных компонентов пучка ионов, расположенные в расчетных по длине и радиусу сепарирующего объема положениях.

Недостатками устройства по прототипу являются:

1) отсутствие блока фазовых превращений;

2) возможность попадания ионов разных масс на каждый из приемников (на «чужие» приемники) при использовании существующих плазменных ускорителей в качестве источников ионов химических элементов;

3) стационарный плазменный двигатель имеет вынесенный за пределы собственно плазменного ускорителя катод, что затрудняет стыковку плазменного ускорителя и азимутатора, требует модификации устройства плазменного ускорителя;

4) наличие азимутатора.

При создании способа плазмооптической масс-сепарации и устройства для его осуществления, объединенных единым изобретательским замыслом, ставилась задача создать в результате такие способ и устройство, в которых остались бы все положительные качества способа и устройства по прототипу, были обеспечены возможности масс-сепарации многокомпонентных немоноэнергетичных потоков ионов и упрощения конструкции устройства.

Технический результат заявляемых способа масс-сепарации и устройства для его осуществления заключается в расширении рабочего диапазона масс анализируемых ионов за один рабочий цикл, повышении точности разделения элементов различных масс и упрощении конструкции масс-сепаратора благодаря обеспечению возможности анализа пучков немоноэнергетичных заряженных частиц, созданию квазинейтрального плазменного потока и исключению необходимости наличия в устройстве азимутатора. При этом решена проблема стыковки азимутатора и сепарирующего объема, состоящая в присутствии в переходной области рассеянных магнитных полей, искажающих траектории движения ионов, что приводило к погрешностям при разделении ионов разных масс.

Технический результат достигается тем, что в способе плазмооптической масс-сепарации, включающем получение квазинейтрального многокомпонентного цилиндрического потока плазмы с помощью плазменного ускорителя, транспортировку потока плазмы через сепарирующий объем со стационарным радиальным электрическим полем и постоянным магнитным полем, компенсацию объемного заряда плазменного потока, собирание ионов на 3 приемника, магнитное поле в сепарирующем объеме создают аксиально-симметричным, имеющим азимутальное направление - поле прямого тока, величину азимутального магнитного поля выбирают достаточной для обеспечения замагниченности ионов и электрического дрейфа плазмы по направлению, совпадающему с направлением движения потока плазмы, разделение многокомпонентного потока плазмы по массам производят воздействием скрещенных радиального электрического и азимутального магнитного полей в процессе движения потока плазмы через сепарирующий объем.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для плазмооптической масс-сепарации, содержащем плазменный ускоритель, систему создания радиального электрического поля, систему создания магнитного поля, электронную пушку сопровождения и приемники разделенных компонентов пучка, система создания магнитного поля выполнена без азимутатора и имеет вид токопровода, размещенного на оси плазмооптического масс-сепаратора, электронная пушка сопровождения выполнена линейной, вытянутой вдоль оси плазмооптического масс-сепаратора, обеспечивающей инжекцию электронов вдоль азимутального магнитного поля.

Преимуществами заявляемого масс-сепаратора по сравнению с прототипом являются возможность работать с немоноэнергетичными пучками заряженных частиц, надежность обеспечения квазинейтральности плазменного потока и упрощенная конструкция устройства, что обеспечено изменением конфигурации и величины магнитного поля в сепарирующем объеме, устранением за ненадобностью азимутатора, осуществлявшего в предыдущих плазмооптических масс-сепараторах разделение многокомпонентного потока плазмы по массам, инжекцией электронов сопровождения вдоль азимутального магнитного поля.

Заявляемый способ плазмооптической масс-сепарации и устройство для его осуществления поясняются чертежами, приведенным на фиг.1-7.

На фиг.1 схематично изображено заявляемое устройство и даны обозначения анализирующих полей и геометрические элементы, необходимые при расчете устройства.

На фиг.2 схематично изображено заявляемое устройство (вид А-А фиг.1) и даны обозначения анализирующих полей и геометрические элементы, необходимые при расчете устройства.

На фиг.3 приведены траектории радиального движения ионов в масс-сепараторе для трех «режимов» работы - комбинаций, конфигураций электромагнитных полей: 1 - ПОМС-Е (прототип), 2 - заявляемый способ и устройство, 3 - гибридный - комбинация заявляемого способа и устройства и ПОМС-Е (прототипа).

На фиг.4 приведены траектории радиального движения ионов центральной массы m₀ (кривая 1) и массы m, отличной от центральной (кривая 2; µ=m₀/m=0,95) в масс-сепараторе для заявляемого способа и устройства (режим 2). Точка А - точка фокусировки иона, имеющего массу m₀; в данной точке по длине масс-сепаратора наблюдается максимальное отклонение по радиусу траектории иона массой m (точка В).

На фиг.5 приведены траектории радиального движения иона нецентральной массы (µ=0,95) для заявляемого способа и устройства (режим 2) при различных значениях параметра ε, определяемого формулой:

,

где:

R - радиус равновесной траектории иона центральной массы, м;

υ - азимутальная скорость иона, м/с;

υ_d=сЕ₂/В - дрейфовая скорость в скрещенных азимутальном магнитном и радиальном электрическом полях, м/с,

где: E₂ - напряженность электрического поля, обеспечивающая дрейфовое движение ионов по оси Z с постоянной дрейфовой скоростью υ_d, В/м.

Расстояние до точки фокусировки и максимальное отклонение траектории от равновесной растут с уменьшением параметра ε (величины азимутальной скорости).

На фиг.6 изображены траектории движения ионов в заявляемом масс-сепараторе (сплошные линии) и масс-сепараторе по прототипу (ПОМС-Е; штриховые линии), работающих в режиме разделения изотопов (цифры у кривых - значения параметра µ=m₀/m). Тонкими сплошными линиями показаны траектории ионов центральной массы m₀ в заявляемом масс-сепараторе, которые на входе в масс-сепаратор имеют угловой разброс - амплитуда радиальной скорости V_r=±0,05. Указаны радиусы цилиндрических приемников разделенных ионов.

На фиг.7 изображены траектории ионов в заявляемом масс-сепараторе (сплошные линии) и масс-сепараторе по прототипу (ПОМС-Е; штриховые линии), работающих в режиме разделения химических элементов, имеющих массы 85, 139 и 240 (цифры у кривых). Тонкими сплошными линиями показаны траектории ионов центральной массы m₀ в заявляемом масс-сепараторе, которые на входе в масс-сепаратор имеют угловой разброс - амплитуда радиальной скорости V_r=±0,05. Указаны радиусы цилиндрических приемников разделенных ионов.

Заявляемое устройство плазмооптической масс-сепарации содержит (см. фиг.1, 2) плазменный ускоритель 1, который может выполняться как по схеме ускорителя с анодным слоем, так и стационарного плазменного двигателя (ускорителя с замкнутым дрейфом электронов с протяженной или локализованной зоной ускорения), внешний цилиндрический приемник ионов 2, внутренний цилиндрический приемник ионов 3, торцевой кольцевой приемник ионов 4, электронную пушку сопровождения 5. Символами В_φ, E_r и R обозначены соответственно напряженность азимутального магнитного поля, напряженность радиального электрического поля и радиус равновесной траектории. Символ I - прямой ток, создающий азимутальное магнитное поле В_φ. М₁, М₂, М₃ - ионы различных масс; r₁, r₂ - радиусы внутреннего и внешнего цилиндрических приемников; - скорость потока на выходе из ускорителя плазмы, соответствующая максимуму на функции распределения ионов по скоростям - наиболее вероятная скорость.

Ниже приведено краткое теоретическое обоснование возможности реализации способа и создания устройства по данной заявке.

Решение задачи проведено в цилиндрической геометрии (r, φ, z) в одночастичном приближении (приближение плазмооптики). На полностью скомпенсированный поток плазмы в области масс-сепарации действует радиальное электрическое поле E_r(r) и азимутальное магнитное поле В_φ(r), которое на движение ионов по азимуту не влияет; электроны и ионы в данном магнитном поле замагничены. Рассмотрим движение ионов изотопов или химических элементов массой m. Пусть ионы стартуют из точки с координатами r=R (центральная - равновесная траектория), φ=z=0. Радиальная компонента электрического поля вблизи радиуса r=R изменяется как E_r(r)=-ER/r, где Е=E_r(R); магнитное поле B_φ(r)=-BR/r, где В=B_r(R).

В заданных полях траектория иона описывается следующими уравнениями:

здесь с - скорость света, м/с.

Предположим, что скорость иона имеет две составляющие: одну υ_z, направленную вдоль оси Z, вторую υ_ϕ=rd_φ/dt, направленную по азимуту. В общем случае начальные значения скоростей равны υ_z0, υ_ϕ0. Начальная азимутальная скорость υ_ϕ0=K/(mR), где K=m₀υR=mυ_ϕ0R - момент, сохраняющийся при движении ионов в сепараторе; величина момента одинакова для всех ионов.

Разобьем электрическое поле Е на две составляющие: Е=E₁+Е₂. Составляющая E₁=m₀υ²/eR для ионов с массой m₀ и азимутальной скоростью υ уравновешивает центробежную силу частицы, движущейся строго по окружности радиуса R. Составляющая Е₂=υ_dB/c, обеспечивает дрейфовое движение ионов по оси Z с постоянной дрейфовой скоростью υ_d. Таким образом, величины электрического и магнитных полей выбраны так, чтобы при начальных значениях скоростей υ_φ0=υ, υ_z0=υ_d обеспечить движение ионов, имеющих массу m₀, с одной стороны, строго по окружности радиуса R, с другой стороны, - строго прямолинейно вдоль оси Z. Если, для упрощения уравнений, ввести безразмерные переменные χ=r/R, η=z/R, τ=υ_dt/R и учесть закон сохранения момента К ионов, из которого следуют соотношения υ_φ0/υ=m₀/m, то уравнения для радиального и продольного (вдоль оси Z) движений в безразмерном виде примут вид:

где ε=eBR/(m₀cυ_d)=Е₂/Е₁=υ/υ_d, µ=m₀/m, β=(υ/υ_d)² - безразмерные параметры; параметр ε можно вычислить и по формуле: ε=300BR/(2W₀W_||)^1/2, где величина напряженности магнитного поля В - в Гс, радиус R - в см, W₀ - энергия покоя иона в эВ, W_||=m₀υ_d ²/2 - «продольная» энергия плазменного потока в эВ; параметр β считаем равным единице.

Заявляемый масс-сепаратор может работать в трех «режимах» - конфигурациях, комбинациях электромагнитных полей, что иллюстрируется фиг.3, где цифрами обозначены: 1 - режим ПОМС-Е-3; 2 - режим 2; 3 - режим 3. Первый режим - известный - ПОМС-3-Е [В.М.Бардаков, Г.Н.Кичигин, Н.А.Строкин. Масс-сепарация ионов кольцевого плазменного потока // Письма в ЖТФ, 2009. - Т.36, вып.4. - С.75-80], в котором азимутальное магнитное поле отсутствует, ионы влетают в сепаратор с примерно равными радиальной и азимутальной составляющими скоростей. Второй режим - движение ионов без начальной азимутальной скорости - соответствует заявляемому способу и устройству. Здесь для иона центральной массы m₀ подбираются электрическое и магнитное поля так, чтобы продольная скорость иона равнялась скорости дрейфа. Причем эта скорость не зависит от радиуса, т.е. ионы в пределах радиального размера потока будут иметь одну и ту же скорость. Третий режим - это гибрид первого и второго.

Как показывают численные расчеты, приведенные ниже, второй и третий режимы существенно отличаются от режима ПОМС-Е-3 тем, что для заданного значения параметра µ, при ε<1 в точке по оси Z, в которой происходит пространственная фокусировка ионов центральной массы (при наличии углового разброса), отклонение по радиусу ионов нецентральной массы максимальные, превышающие отклонения в случае ПОМС-Е-3, т.е. сепарация в заявляемом случае более эффективна. Наиболее привлекателен второй режим, так как здесь не надо перед введением потока в область сепарации закручивать поток плазмы (сообщать заметную азимутальную скорость).

На фиг.4-7 приведены некоторые другие результаты расчетов радиальных отклонений траекторий ионов для различных значений параметров ε, β и µ для заявляемого способа и устройства.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

В плазменном ускорителе 1 (фиг.1, 2) создается квазинейтральный многокомпонентный цилиндрический поток плазмы, имеющий на выходе ускорителя наиболее вероятную скорость . Из ускорителя поток попадает в сепарирующий объем, образованный системой цилиндрических электродов 2 и 3 и торцевого кольцевого электрода 4, в котором созданы скрещенные радиальное электрическое E_r и азимутальное аксиально симметричное магнитное B_φ постоянные во времени поля. Магнитное поле создается прямым током I, протекающим по проводнику, расположенному на оси масс-сепаратора. Величина B_φ, устанавливается достаточной для замагничивания любых ионов плазменного потока, что обеспечивает электрический дрейф плазмы как целого (ионов совместно с электронами), исключая возможность разделения зарядов на масштабах, превышающих дебаевский радиус, обеспечивая неизменность распределения по радиусу напряженности электрического поля E_r. Такая совокупность электромагнитных полей обладает свойством фокусировки (см. фиг.4), что улучшает разделительные (дисперсионные) свойства масс-сепаратора, его качество. В комбинации созданных электромагнитных полей ионы, имеющие скорости, близкие к дрейфовой скорости υ_d, проходят на торцевой приемник ионов 4; другие ионы разделяются в соответствии со своими массами и поступают соответственно на приемники 2 и 3. Нарушение нейтральности плазмы (появление объемного заряда) при взаимодействии, например, с приемными электродами компенсируется «электронами сопровождения» электронной пушки (5; символ ^-е на фиг.2).

Устройство для масс-сепарации ионов работает следующим образом.

В плазменном ускорителе 1 (фиг.1) генерируется поток плазмы, содержащий ионы разных масс, например M₁, М₂, М₃, и энергий, наиболее вероятная из которых соответствует наиболее вероятной скорости . Азимутатор, обеспечивающий разделение по массам в устройстве по прототипу, в заявляемом масс-сепараторе отсутствует. В заявляемом устройстве разделение по массам происходит в магнитном и электрическом полях в сепарационном объеме (совокупность электродов 2, 3, 4), конструкционно являющемся продолжением плазменного ускорителя 1. Система создания магнитного поля имеет вид токопровода, размещенного на оси плазмооптического масс-сепаратора, по которому протекает ток I. Радиальное электрическое поле обеспечено подачей на электроды 2 и 3 разных потенциалов. Электронная пушка сопровождения 5 выполнена линейной, вытянутой вдоль оси плазмооптического масс-сепаратора, инжектируя, таким образом, электроны вдоль азимутального магнитного поля B_φ. Ионы различных масс имеют отличающиеся траектории (фиг.4-7) в сепарационном объеме, поэтому они попадают под воздействием скрещенных электрического и магнитного полей на разные приемники ионов - позиции 2, 3, 4. Максимальное расстояние (дисперсия) между ионами разных масс наблюдается в точке фокуса для ионов центральной массы.

Изобретение относится к способам и устройствам, обеспечивающим разделение многокомпонентного потока плазмы по массам, и может быть использовано для получения изотопов и выделения химических элементов. Разделение многокомпонентного потока плазмы по массам производят воздействием скрещенных радиального электрического и азимутального магнитного полей в процессе движения потока плазмы через сепарирующий объем. Величину азимутального магнитного поля выбирают достаточной для обеспечения замагниченности ионов и электрического дрейфа плазмы. Система создания магнитного поля выполнена без азимутатора. Совокупность электромагнитных полей масс-сепаратора обеспечивает максимальную дисперсию в точке фокусировки ионов центральной массы. Электронная пушка сопровождения выполнена линейной, обеспечивающей инжекцию электронов вдоль азимутального магнитного поля. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей масс-сепараторов и упрощение их конструкции. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ плазмооптической масс-сепарации, включающий получение квазинейтрального многокомпонентного цилиндрического потока плазмы с помощью плазменного ускорителя, транспортировку потока плазмы через сепарирующий объем со стационарным радиальным электрическим полем и постоянным магнитным полем, компенсацию объемного заряда плазменного потока, собирание ионов на приемники, отличающийся тем, что магнитное поле в сепарирующем объеме создают аксиально-симметричным, имеющим азимутальное направление - поле прямого тока, величину азимутального магнитного поля выбирают достаточной для обеспечения замагниченности ионов и электрического дрейфа плазмы по направлению, совпадающему с направлением движения потока плазмы, разделение многокомпонентного потока плазмы по массам производят воздействием скрещенных радиального электрического и азимутального магнитного полей в процессе движения потока плазмы через сепарирующий объем.

2. Устройство плазмооптической масс-сепарации, содержащее плазменный ускоритель, систему создания радиального электрического поля, систему создания магнитного поля, электронную пушку сопровождения и приемники разделенных компонентов пучка, отличающееся тем, что система создания магнитного поля выполнена в виде токопровода, размещенного на оси плазмооптического масс-сепаратора, электронная пушка сопровождения выполнена линейной, вытянутой вдоль оси плазмооптического масс-сепаратора, обеспечивающей инжекцию электронов вдоль азимутального магнитного поля.