Источник многозарядных ионов для циклотрона Советский патент 1985 года по МПК H01J27/02 

I Изобретение относится к источник многозарядных ионов для циклотронов .Известен лазерный источник ионов дл циклотрона ll, содержащий лазер, устройство.для проводки и фокусиров ки лазерного луча, мишень, расположенную между полюсами циклотрона, .причем нормаль к поверхности мишени в точке фокусировки fiasepHoго луча направлена вдоль ускоряющего зазора между дуантами. Недостатками источника являются малое количество ионов, извлекаемых и ускоряемых за один импульс лазера; малый ресурс работы источника из-за быстрого испарения материала мишени; ненадежность работы устройства из-за электрических пробоев в ускорительной системе циклотрона; сложный сбор и регенерации испаренного лазерным излучением материала мишени после распыления efo внутри циклотрона. Наиболее близким техническим решением к изобретению является источ ник многозарядных ионов для циклотрона 2J, содержащий лазер, корпус с эмиссионной щелью, устройство для проводки и фокусировки лазерного излучения, бипризму, делящую лазерное излучение на два пучка, направляемых на две мишени, размещенные в корпусе, нормали в точку фокусировки у которых совпадают. Недостатком источника является то, что основная часть ионов, образованных при воздействии лазерного излучения на мишень, будет осаждать ся внутри источника и циклотрона. К недостаткам источника следует также отнести сравнительно малый ресурс работы из-за быстрого испаре ния материала мишени. Целью изобретения является увели чение количества ускоряемых ионов за один импульс лазера, увеличение ресурса работы источника, уменьшение потерь материала мишени. Цель достигается тем, что в источнике многозарядных ионов, «апример, для циклотрона, содержащем лазер, устройство для проводки и фоку сировки лазерного излучения, корпус с эмиссионной щелью и закрепленной внутри корпуса мишенью, источник магнитного поля, поверхность мишени смещена относительно эмиссионной. щели в сторону одного из- полюсов ИС 9 точника магнитного поля, причем нормаль к ней параллельна магнитным силовым линиям, а у поверхности мишени установлена трубка из проводника с разрезом ее части вдоль образующей в месте прохождения лазерного излучения и отверстием для извлечения ионов таким образом, что ось трубки совпадает с нормалью к поверхности мишени в точке фокусировки лазерного излучения, причем мишень выполнена в форме полого цилиндра, ось которого перпендикулярна магнитным силовым линиям. На чертеже изображена схема предложенного источника многозарядных ионов для циклотрона. Источник ионов содержит лазер 1, устройство 2 для проводки и фокусировки лазерного излучения. Подложка мишени изготовлена в виде четырех одинаковых колец ,3 - 6, соединенных между собой без зазора, имеющих одну ось, перпендикулярную оси полюсов циклотрона. Материал, предназначенный для ионизации, нанесен на внутреннюю поверхность колец. По диаметру без касания колец закреплена трубка 7 из проводника, ось которой совпадает с нормалью к поверхности мишени в точке фокусировки лазерного излучения. Трубка 7 имеет разрез для прохождения лазерного излучения, продолженный до области равенства между газокинетическим давлением плазмы и магнитным давлением, а также отверстие, совпадающее с эмиссионной щелью. Между эмиссионной щелью в корпусе 8 источника и дуантом 9 размещен электрод 10 с сеткой 11 из проводника. Источник расположен между полюсами 12 электромагнита циклотрона. Источник работает .следующим образом. Излучение лазера 1 с помощью устройства 2 для проводки и фокусировки лазерного излучения проходит через отверстие в трубке 7 и воздействует на кольца 4 или 5 мишени. Блок колец 3-6 вращается вокруг своей оси и одновременно смещается вдоль нее.Полная длина смещения блока колец вдоль своей оси равна ширине двух колец, причем сдвиг за один оборот равен диаметру пятна фокусировки лазерного излучения. В результате воздействия сфокусированного лазерного излучения на по3

верхность мишени возникает плазма, которая содержит многозарядные ионы Параметры лазерного излучения подбираются такими, чтобы коэффициент ионизации испаренного материала был близок к единице. Магнитное поле, в котором разлетается плазменный сгусток, приводит к образованию плазменного шнура, параллельного магнитным силовым линиям, с радиусом, определяемым величиной магнитного поля и параметрами плазмы. Расширение плазмы поперек магнитных силовых линий происходит до наступления равновесия между газокинетическим давлением плазмы и магнитным давлением (область разреза в трубке 7). Наведенные в трубке 7 (за областью с разрезом) токи, обусловленные вытесненным из движущейся плазмы -внешним магнитным полем, создают конфигурацию магнитного поля . типа магнитного зеркала, что приводит к торможению плазмы, движущейся вдоль магнитных силовых линий. Извлечение ионов из плазмы (плотность которой уменьщается за счет растяжки плазменного столба в трубке 7), расширяющейся вдоль магнитных силовых линий, в области эмиссионной щели осуществляется импульсным напряжением, прикладываемым к электроду 10, Момент подачи высоковольтно32494

го импульса и его длительность соответствуют времени прохождения ионов с нужным Z в области эмиссионной щели в корпусе 8 источника. Для предотвращения извлечения ионов из

плазмы при отсутствии в плазме ионов с нужным зарядом на электроде 10 установлена сетка 11 из проводника, которая экранирует плазму от электрического поля, создаваемого дуантом 9. Двигаясь вдоль магнитных силовых линий после прохождения области эмиссионной щели, плазма достигает внутренней поверхности колец 4 и 5. НаТ5 пьшение ионизированного материала (и нейтральных атомов) происходит на внутреннюю поверхность трубки 7 и колец 4 и 5. Кольца 3 и 6 предотвращают осаждение ионизированного материала (нейтральных атомов) на корпус 8 источника при испарении и ионизации материала, находящегося,на границе колец 4 и 5. Применение предложенного источника многозарядных ионов позволяет время пребывания плазмы в области эмиссионной щели увеличить не менее чем в 2 раза, что позволяет во столько же раз увеличить и количество извлекаемых из плазмы

0 ионов за один импульс. Ресурс работы источника увеличивается не менее чем в 10 раз. Возрастает электропрочность циклотрона.

1. ИСТОЧНИК МНОГОЗАРЯДНЫХ ИОНОВ ДЛЯ ЦИКЛОТРОНА, содержащий лазер, устройство для проводки и фокусировки .лазерного излучения, корпус с эмиссионной щелью и закрепленной внутри корпуса мишенью, источник магнитного поля, отличающийс я тем, что, с целью увеличения количества ускоряемых ионов за один импульс лазера, поверхность мишени смещена относительно эмиссионной щели в сторону одного из полюсов, причем нормаль к ней параллельна: магнитным силовым линиям, а у поверх-ности мишени установлена трубка из проводящего материала с разрезом вдоль, образующей в месте прохождения лазерного излучения и отверстием для извлечения ионов таким образом, что ось трубки совпадает с нормалью § к поверхности мишени в точке фокусировки лазерного излучения. (Л 2. Источник, по п. 1, отличаю щ и и с я тем, что, с целью уменьс шения потерь материала мишени, увеличения ресурса работы источника, ми- , шень выполнена в форме полого цилиндра, ось которого перпендикулярна магнитным силовым линиям. 4 со to 4 СО