Ускоритель ионов Советский патент 1986 года по МПК H05H5/00 

предлагаемое, изобретение относит ся к ускорительной технике и может найти применение для получения мощньгк пучков тяжелых ионов , перспективны ;uiH накачки лазеров, для целей инерционного управляемого термоядерного синтеза, имплантации раличньо: поверхностей и ,

Известен -ускоритель ионов, состо

ЯЩИЙ из высоковольтного И1-ЕПУЛЬСНОГО

источника напряжения, коаксиальных цилиндрических анода и катода, помещенных внутрь соленоида. Равномерно по поверхности металлического анода вьшолнены отверстия, в которых укреплены металлические иглы, залитые эпоксидным компаундом. В катоде напротив игл имеются отверстия, повторяющие форму и размеры эпоксидных включений,

При приложении к аноду высоковольтного импульса напр5шения по поверхности эпоксидной шайбы ячейки} между иглой и металлическим краем развивается пробой, в результате которого образуется плазма, являющаяся в дальнейшем источником ионов.

Недостатком такого устройства является возможность генерации очень ограниченного ассортимента ионов водород, углерод). Это обусловлено тем, что большинство дизлектриков, используемых в ускорительной технике являются yглeвoдDpoдcoдepжaщ ми„ Наиболее близким техническим решением является ускоритель ионов, содержащий генератор высоковольтных импульсов, противостоящие анодный и катодный блоки, заключенные в корпус, в котором анодный блок состоит из двух коаксиальных металлических цилиндров, закрытых с торца, обращенного к катоду массивным диском с кольцевьи отверстием, соответствующим зазору между цилиндром. На расстоянии 20 см от торца между цилиндрами размещены ше.сть плазменных путаек.

Катодный блок ускорителя расположен напротив анодного и состоит также из двух коаксиальньс цилиндров,, зазор между которыми закрыт массивным металлическим кольцом; имеющим кольцевое отверстие, размер которО1о равен размеру кольцевого отверстия в аноде. На внутренней поверхности внутреннего цилиндра и на наружной поверхности наружного укреплены два

коротких соленоида, формирующих изолирующее магнитное поле в А-К зазоре. Устройство работает следующим образом. В момент достижения максиг гума поля срабатьшают плазменные пушки, создающие кольцевое плазменное облако, движущееся в пространстве, ограниченном поверхностями ци,аиндроБ, со скоростью V по направлению к А-К зазору. Так как в А-К зазоре направление магнитного поля перпендикулярно направленно движения плазмы, то она практич;ески не попадает в зазор и остананшивается в плоскости анода. В этот момент На анодный блок поступает высоковольтный ш-тульс напряжения. Под действием электрического поля из границы плазмы начинают вытягиваться ионы, образующие кольцевой ионньш пучок.

В этом устройстве по сравнению с предыдущим благодаря применению плазменньп-: источников расширен круг рабочих сред, но он по-прежнему , недостаточно широк, так-- как не охватывает ионы металлов. Это связано с трудностями создания интепсивньЕц: плазменных источников для ионов средней и тяжеЛэй масс.

Кроме этого, большое число плазменных источников ведет к усложнению конструкции, что вызывает дополнительные трудности в работе.

Целью изобретения является упрощение конструкции ускорителя и расширение ассортимента ускоряе%И)1х ионов,

Эта цель достигается тем, что в ускорителе ионов, содержащег.5 генератор вьсоковольтных импульсов, аноД ньш и противостоящий ему катодный блок, состоящий из двух концентрически расположенньгх элементов с кольцевой щелью между ними, по обе стороны от которой со CTopoiiH анодного олорса укреплены два соленоида, анодньпблок выполнен в виде ) ш-шиндраторец которого со стороны катодного блока закрыт проводящим днс;ком со сменной острой кромкой, образуьощей с краем цилиндра кольцевой зазор, диаметр которого соответстгг вт диаметру кольцевой щели катодного блокаj, диск прикреплен к анодном. цилиндру металлическим держатели, вьтолненным в виде индуктивного элемента,, а приосевая часть катодного блока содержит электронньш эмиттер.

Для наиболее эффективной работы устройства необходимо, чтобы импедансы рабочих зазоров (анодного кольцевого 1 и анодный блок - катодный

блок 1..

удовлетворяли соотношению

2, 2,

Предлагаемое устройство изображено на чертеже.

Ускоритель содержит генератор 1 высоковольтных импульсов, анодный цилиндр 2 и держатель 3 диска в виде индуктивной спирали, анодный диск 4 со сменной острой кромкой 5, наружный и внутренний катодные цилиндры 6 и 7 , соединенные между собой радиальными спицами (на чертеже они не показаны), короткие соленоиды 8, 9. Анодный и катодный блоки заключены вобщем корпусе 10.

Устройство работает следующим образом.

Короткие соленоиды 8 и 9, создающие в А-К зазоре магнитное поле, включают таким образом, что в центральной части зазора оно имеет аксиальное напряжение (не изолирующее) а в остальной части зазора, рабочей радиальное (изолирующее). Магнитное поле не проникает внутрь анодного блока, так как оно ограничено массивным проводящим диском 4.

В момент достижения максимума магнитного поля на анодный блок от генератора 1 высоковольтных импульсов подается импульс напряжения с наносекундным фронтом.При этом электроны из эмиттера с приосевой обмотки катодного блока, двигаясь вдоль силовых линий магнитного поля, попадут

на кромку диска 4, Прохождение тока по индуктивномудержателю вызовет падение напряжения,которое локализуется в области кольцевого зазора. Величина

напряжения на зазоре будет определяться электронным током, который, в свою очередь, зависит от напряжения импульсного генератора и расстояния А-К.

При достижении напряжением величины 0 / Vnj, ( где Vg - напряжение генератораIVnpj - пробивное напряжение в вакууме, d, - длина анодного вакуумного зазора) с острой кромки 5 начнется взрьгеная эмиссия электронов с образованием плазмы н гжного нам состава. Плазма будет расширяться, двигаясь со скоростью V « 10 см/с вдоль сило-

вых линий магнитного поля к краю анодного цилиндра 2, и закорачивать анодный вакуумный зазор, образуя при этом плазменное кольцо, которое в дальнейшем будет являться источникo i ионов. В результате пробоя зазора потенциалы конца анодного цилиндра 2 и острой кромки 5 выравниваются. Под действием электрического поля А-К зазора из плазменного

кольца начнут вытягиваться ионы, образующие кольцевой ионный пучок, движущийся к катодному блоку. После прохоладения через отверстия в катодном блоке иопньй пучок выводится для дальнейшего использования.

Таким образом, образование и ускорение ионов металлов происходит на одном 1-1мпульсе ускоряющего напряжения, что ьшрощает конструкцио

ускорителя, так же как и отсутствие плазменных источников.

УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ, содержащий генератор высоковольтных импульсов 5анодный и противостоящий ему катодный блок, состоящий из двух концентрически расположенных элементов с кольцевой щелью между ними, по обе стороны от которой со стороны анодного блока укреплены два соленоида, отличающийся тем, что, с с целью упрощения конструкции и расширения ассортимента ускоряемых ионов, анодньш блок выполнен в виде полого цилиндра, торец которого со стороны катодного блока закрыт проводящим диском со сменной острой кромкой, образующей с краем цилиндра кольцевой зазор, диаметр которого соответствует диаметру кольцевой (Л щели катодного блока, диск прикреплен к анодному цилиндру металлическим держателем в виде индуктивного элемента, а приосевая часть катодного блока содержит эмиттер электронов . о ел ее ч СО