Ионная пушка Советский патент 1986 года по МПК H05H5/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для генерации мощных ионных пучков с большим поперечным сечением и с высокой однородностью тока и энергии по сечению пучка.

Целью изобретения является увеличение однородности генерируемых пучков в их поперечном сеченИи, повышение надежности и снижение габаритов пушки путем шунтирования с помощью диодов неоднородностей напряжения на катоде пушки, возникающих за счет емкостной связи между катодом и анодом, нагрузки прямым ионным и обратным электронным токами и индуктивности катода.

.На чертеже приведена предлагаемая iионная пушка.

Устройство содержит катод 1, выполненный в виде плоского витка с прорезями 2 в верхней половине катодного витка, через которые выводится ионный пучок, плоский анод 3, имеющий округления на своих торцах, диэлектрические участки 4 на поверхности анода, служащие источником плазмы, цилиндрические проводящие экраны 5 и 6, имеющие электрический контакт с верхним и нижним электродамп-i виткового катода, источник 7 тока, подклю.ченный своими выводами к витково1.чу катоду, диоды 8, подключенные свояки анодами к витковому катоду 1 и к корпусу 9 ионной пушки своими катодами.

V

Параметры диодов выбираются такими, чтобы во время нарастания изолирующего магнитного поля до максимальной величины диоды 6binvt надежно заперты и не проводили, а цри поступлении положительного высоковольтного импульса на анод диоды были бы открыты и соединяли катод равномерно по всей длине с корпусом.

Устройство работает следующим образом.

Включается источник 7 тока, под ключенный. своими выводами к электродам катода 1, и по катоду 1 протекает ток, создающий в анод-катодном зазоре изолирующее магнитное поле. Поскольку диоды 8 подключены к катоду 1 своими анодами, а к корпусу ион.ной пушки 9 - катодами, то для напряжения, появляющегося между нижним и верхним электродом виткового катода из-за индуктивности его И; большой скорости нарастания тока от источника 7

диоды оказываются включенными ); ;-ечно. Поэтому диоды не проводят ток при любой полярности источника 7 тока.

Поскольку емкость обратносмещенных переходов диодов на несколько порядков меньше емкости источника 7 тока (в случае использования емкостной батареи в качестве источника тока), ток катода в момент достижения своего максимума по всей поверхности катода одинаков, одинаково и магнитное поле по всей длине анодкатодного промежутка. В момент максимума магнитного поля на анод 3 от генератора высоковольтных импульсов подается импульс напряжения положительной полярности. Происходит поверхностный пробой диэлектрических участков 4 на поверхности анода и образующаяся плотная плазма служит источником ионов. Ионы, ускоряясь в анод-катодном промежутке, проходят через прорезь 2 в катоде. При поступ5 лении фронта положительного напряжения на анод происходит первоначально заряд вакуумной емкости анод катод. Ток заряда этой емкости является отпирающим для диодов 8, поскольку ток заряда замыкается на кор-, пус пушки. Отпирающ1П4и токами для диодов являются и ток образующего слоя электронов, и ток части иОнного пучка, попадающий на поверхность катода 1. Напряжение на прямосмещенных диодах составляет единицы-десятки вольт, поэтому напряжение на анодкатодном зазоре одинаково с большой степенью по в-сей его длине.

Образующийся слой взрывоэмиссионньк электронов начинает, дрейфовать в скрещенных, высокооднородных магнитном и электрическом полях вдоль поверхности катода 1 . ПосколькУ скорость дрейфа электронного слоя с весьма большой степенью точности является постоянной величиной в этом устройстве, накопления пространственного заряда электронов вдоль ускоряющего зазора не происходит, что обеспечивает высокую однородность сформированного ионного пучка. Этот пучок, нейтрализованный холодными электронами, из стенок прорезей 2 катода 1 может эффективно транспортироваться к месту использования. Большие величины защитного показателя у современных силовых диодов позволяют реа3 12757 лизовать предложенное устройство. отличающееся весьма высокой надежкостью при любых режимах работы ионной пушки. В случае, когда возможны рассо-5 гласовки ионной пушки с генератором высоковольтных импульсов и на анод в течение длительного времени поступают разнополярные импульсы значительной величины, целесообразно10 использовать диоды лавинного типа или ограничивать обратное напряжение на диодах с помощью параллельно подключенных полупроводниковых ограничителей напряжения, например,типа15 КСОЙЗ или КСОНЮ. 954 По сравнению с известным предлагаемое устройство позволит повысить однородность ионного пучка до уровня, определяемого, в основном, неоднородностью анодной плазмы. Значительно увеличивается надежность ионной пушки, поскольку по сравнению с известной (при прочих равных условиях) количество диодов, необходимых для работы пушки меньше на порядок и больше чем количество конденсаторов и диоды работают с кногократным запасом по току. Расширяется диапазон длительностей генерируемых , пучков до микросекундного диапазона. Уменьшаются габариты пушки.

ИОННАЯ ПУШКА, содержащая размещенные в общем корпусе катод выполненный в виде замкнутого с од ного конца плоского витка с отверстиями для вывода ионного пучка. плоский анод, расположенный внутри катода и выполнеиньй со скруглениями на торцах и диэлектрическими участками, размещенными напротив отверстий в катоде, источник тока, подключенньй к разомкнутым концам катода, и два цилиндрических проводящих экрана, установленных симметрично аноду между электродами катода и имеющих контакт с ними, о тличающаяся тем, что, с целью увеличения однородности генерируемых пучков в их поперечном сечении, повышения надежности и снижения габаритов пушки, в нее введены полупроводниковые диоды, которые размещены между корпусом и катодом равномерно по его .длине, при этом аноды диодов подключены к катоду пушки, а катоды диодов - к корпусу пушки.