Ускоритель ионов Советский патент 1989 года по МПК H05H9/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может найти применение для генерации импульсных нык пучков заряженных частиц, в частности пучков, сходящихся к оси, представляющих большой интерес для рода прикладных задач - модификация поверхности металлов и диэлектриков, накачка активных сред и т.д.

Целью изобретения является упрощение конструкции ускорителя.

На чертеже приведена -схема ускорителя.

Ускоритель содержит накопитель 1, передающую вакуумную линию 2, наружный электрод которой является корпусом 3, а внутренний отрицательный электрод 4 соединен с отрицательным электродом медленного накопителя 1.

Продолжением электродов передающей линии являются электроды магнитоизо- лнрованного вакуумного коаксиа льного диода, содержащего катод 5, прозрачный для ионов, и анод 6, На торце катода 5 укреплен отрицательный электрод 7 плазменного размыкателя 8. Электрод 7 выполнен в виде многозаходной спирали. Для наглядности на . чертеже показана только одна вет-вь этой спирали.Анод 9 плазменного размыкателя 8 выполнен в виде цилиндра, на котором укреплена система плазкеи-- ных пушек 10.. Пушки установлены так, чтобы, их оси были направлены по радиусам айодного цидиндра. Внутри ка угодных полостей плазменного теля и диода устаноплен дополнит : - т.- ный цш1индрическ 1й з.(1.д 1 1 .,

Од СХ

а

...jk.

31386004

выполняющий функции коллектора ионного тока и укрепленный в торце спирали, удаленном от диода. От элементов диода электрод изолирован. Таким образом вначале в.токовую цепь диод и плазменный размыкатель включены параллельно. Плазма 12 создается плазменными пушками 10.

Ускоритель работает следующим JQ образом.

Сначала производится зарядка медленного накопителя 1. По окончании зарядки в расчетный момент времени t -Срабатывают плазменные пушки 10, 15 выбрасывая плазму 12 в межэлектродный зазор плазменного размыкателя 8. Плазма 12 распространяется в. радиальном и аксиальном направлениях со скоростью, определяемой ее темпера- 20 турой и имеющей порядок 10 -10 м/с. По достгокении плазмой 12 расчетной

плотности при заполнении ею радиального зазора в плазменном размыкателе срабатывает медленный накопитель- 1 25 и в цепи, содержащей медленный накопитель 1, перё дающую вакуумную линию 2, включенные параллельно коаксиальный магнитоизолированный диод (состоящий из анода б и катода 5) и 30 плазменный размыкатель 8, начнет нарастать ток. Фронт импульса .накопителя 1 имеет длительность порядка сотен наносекунд - единиц микросекунд, поэтому процесс нарастания: то- 5 ка достаточно медленный - dl/dt 4(10 -10 ) А/с, На диоде вихревое;, напряжение в течение всего импульса накачки тока через размыкатель 8 не превосходит () В, а магнитное 0 поле, создаваемое этим нарастающим током в А-К зазоре диода, оказывается больше критического значения, что обеспечивает магнитную изоляцию и соответственно отсутствие электрон- дс ных потерь на аноде в диоде. Спустя расчетное время после срабатывания накопителя 1 на аноде 6 диода сторонним источником создается плотная плазма 13. Расчетные времена (момент

срабатывания накопителя 1, момент срабатывания источника) определяются исходя из параметров накопителя

плазменных пушек, необходимости согласования импеданса ионного диода с ним и т.д. Первьй момент должен быть выбран так, чтобы плотность плазмы (Ппл) в размекателе ,41

-, 141

50

55

(.,

Q

5 0

5

0 50 с

0

5

где I - ток, протекаю1 (ий по цепи генератора;

S - плоп1;адь токового контактаjVj, V - скорость ионов в плазме;

тп.;, и масса иона и электрона соот -ветственно,

а второй момент (учитывая движение плазмы в диоде), - чтобы эффективный зазор диода ;обеспечивал необходимый согласованный импеданс последнего при генерации ионного пучка. При дальнейшем нарастании тока в цепи он достигает критического значения для плазмы 12, равного ,4 П,, X (mi nig) З.где Е плотность плазмы средняя скорость распространения плазмы; S - площадь,кон- такта плазмы с электродом 7; е - заряд электрона; т°( itig- соответственно массы ионов, и электронов) ,, и вблизи спирального электрода 7 произойдет разрыв плазмы 12 с формированием двойного слоя. Процесс разрыва плазмы 12 с дальнейшим возрастанием двойного слоя сопровождается генерацией вихревой ЭДС, которая соответственно появляется между анодом 6 и катодом 5 диода. Под действием возникшей в диоде разности потенциалов, имеющей порядок 10 В, из имеющейся на поверхности анода 6 плазмы 13 (созданной к этому времени каким-либо способом,, например, пробоем по поверхности) будет вытягиваться ионный пу-- чок 14, движущийся к катоду 5, прозрачность которого (, где «: - угол захода спиралей электрода 7 плазменного размьпсателя 8, Ионный пучок 14, проходя сквозь отверстия в катоде 5, попадает на объект взаимодействия (активная среда, поверхность металла и т.д..), с него на коллекторный электрод 11, соединенный с дальним от накопителя 1 торцом спи- ральнрго электрода 7 и, возвращаясь таким образом в плазменньй размыка- . тель 8, обеспечивает в нем такую же величину магнитного потока, как если бы не было ответвления тока на диод, т.е. при работе устройства обеспечены магнитная изоляция в ионном диоде, эффективная генерация ионного пучка благодаря размещению диода между, медленным накопителем и плазменным размыкателем. Таким образом, по сравнению с традиционными устройст-. вами такого типа достигается значитель10

51386004

нов упрощение устройства за счет oTcyrV ствия промежуточного накопителя.

Формула изобретения

Ускоритель ионов содержащий накопитель энергии, передающую вакуумную линию коаксиального типа, внешний электрод которой выполнен в виде вакузт но-плотного корпуса, вдоль оси которого расположен центральньй элек- трод, гальва1шчески соединенный с электродом отрицательной полярности накопителя энергии, соосно расположенные вакуумный диод, снабженный средствами для создания прианодной плазмы, и плазменный размыкатель, выполненный в виде коаксиально расположенных наружного цилиндрического вакуумно-плотного электрода, на поверхности которого размещены ради- ально ориентированные на ось электрода плазменные пушки, и внутреннего электрода, .один торец которого галь- 25

15

20

0

5

5

0

ванически соединен с катодом вакуумного диода, отличающийся тем, что, с целью упроп1енпя ycTpov i- ства, в него введен дополЕШтельный цилиндрический электрод, гальванически изолированный от электродов вакуумного, диода, который выполнен коаксиальным с внутренним катодом, имеющим форму полого цилиндра с открытыми торцами и прозрачного для ионов, входной торец которого соединся с центральным электродом переда ощей линии, а анод - с внешним электродом передающей линии и плазменного размыкателя, центральный электрод которого выполнен в виде многозаходной спирали, на свободном дальнем от накопителя торце которой укреплен дополнительный электрод, расположенн1,п 1 вдоль оси многозаходной спирали и катода вакузТ ного диода, прозрачность которого Т больше ли равна tgcC, где угол захода многозаходной спирали.

Изобретение относится к ускорительной технике. Ускоритель ионов прост по конструкции, поскольку имеет дополнительный цилиндрический электрод (Э) 11, гальванически изоли-. рованный от Э вакуумного диода (ВД), имеющих катод 5 и анод 6, установленный внутри катодных полостей плазменного размыкателя 8 и ВД и выполняющий фуккции коллектора ионного токг. Он укреплен на Э7, выполненном в виде многозаходной спирали, 1 ил.

3 ff

lit W n fi