Лазерный источник высокозарядных ионов Советский патент 1992 года по МПК H01J27/24 

Изобретение относится к ускорительной технике, а точнее, к лазерным истбчникам ионов, и может быть использовано в качестве интенсивного источника высокоэарядных ионов в ускорителях заряженных частиц.

Известны источники высокозарядных ионов с осциллирующими электронами, в которых образование ионов происходит электронным ударом.

Эти источники невысокой интенсивности чрезвычайно сложны в работе, так как требу1рт для своего нормального функционирования очень высокое магнитное поле.

Ближайшим техническим решением к изобретению является лазерный источник высокозарядных ионов, содержащий лазер, фокусирующую линзу и цилиндрический выводной канал.

Мишень в известном источнике является твердой. В горячей лазерной плазме существует высокозарядных ионов с

зарядностями Z 10-20. Однако извлечь удается лишь ионов за импульс. Причиной являются огромные рекомбинационные потери высокозарядных ионов при разлете лазерной плазмы, в результате чего в пучке наблюдается на 2-4 порядка низкозарядных ионов больше, чем высокозарядных,

Целью изобретения является монохроматизация пучка ионов по зарядрвому составу.

Цель достигается тем, что в предлагае- ; мый лазерный источник высокозарядных ионов, содержащий лазер, фокусирующую

(Л линзу и цилиндрический выводной канал,

J ю введены сверхзвуковое сопло, установленное в выводном канале перпендикулярно

его оси, и приемник сверхзвукового газового потока.

На чертеже схематично изображен предлагаемый лазерный источник.

Источник содержит лазер 1, систему фокусировки излучения (линзу) 2, выводной цилиндрический канал 3. В канале 3 установлены система формирования газовой мишени 4, содержащая сверхзвуковое сопло Лаваля 5, и приемник газового потока 6.

Источник работает следующим образом.

При фокусировке лазерного излучения на газовой мишени происходит сначала ее пробой, а затем начинается поглощение энергии лазерного излучения и нагрев вещества мишени. Для того, чтобы на стадии нагрева лазерное излучение эффективно поглощалось газовой мишенью, в ней должна возникнуть плотность электронов не ниже критической (для излучения С02-лазера критическая плотность составляет пс 10 см ), поэтому начальная концентрация атомов S мишени должна быть порядка Пс.

Как показывают расчеты, выполненные по квазидвумерной гидродинамической программе, при толщине газовой струи 0,5 мм и диаметре пятна .фокусировки 0,5 мм излучением С02-лазера с энергией 3-10 Дж и длительностью импульса 50 но можно образовать 10 ионов тяжелых газов Кг, Хе с зарядностью Z 10-15, которые будут разлетаться практически безрекомбинационно на расстояния 10-20 см от мишени. Таким образом, ионы с необходимой зарядностью будут составлять 10-30% от общего количества частиц в пучке.

Проведенные на азотной и ксеноновой мишенях эксперименты по масс-спектрометрическому и коллекторному измерению

зарядного состава плазмы, образующейся при нагреве излучением СОа-лазера.с длительностью импульса 1,5 мкс и энергией 30 Дж, полностью подтвердили выводы теории.

Изобретение позволяет создавать монохроматичный лазерный источник высокозарядных ионов (Z 10-15), который при использовании СОа-лазера, работающего в частотном режиме с частотой повторения импульсов Гц и средней мощностью 1-10 кВт, обеспечивает интенсивность пучка ч/с.

/