Ускоритель ионов Советский патент 1988 года по МПК H05H5/00 

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использовано для получения пучков тяжелых ионов наносекундной длительное ти.

Цель изобретения - повьппение эффективности генерации ионов.

На фиг.1 схематично изображен ускоритель ионов; на фиг.2 - второй электрод планарного диода и его подключение .

Использование предлагаемого заземленного электрода диода, варианта классической схемы двойной формирую- щей линии(ДФЛ), применяемого в электронных ускорителях, позволяет осуществить принцип генерации тяжелых ионов, реализованный в известном устройстве, значительно повысив при этом эффективность генерации ионов.

Ускоритель (фиг.1) содержит корпус 1 ускорителя, который одновременно является наружным электродом ДФЛ, средний электрод 2 ДФЛ соединен с зарядньм устройством 3 и через коммутаторы 4 соединен с корпусом 1 ускорителя, внутренний электрод 5 ДФЛ соединен индуктивностью 6 с корпусом 1 и гальванически с потенциальным электродом 7 планарного диода, который выполнен массивным из материала, ионы которого надо ускорить. Второй электрод диода представляет собой систему чередующихся плоскопарал- лельных проводников 8 и 9. Кроме того, показаны (фиг.1) взрывоэмиссион- ная плазма 10, силовые линии магнитного поля 11, создаваемого током, пртекающим по проводникам 8 и 9, ион- ный пучок 12, вытягиваемый из плазмы 10.

Заземленный электрод планарного диода (фиг.2) соединен с корпусом 1 ускорителя и дополнительным источни- ком 13 тока. Одни концы проводников 9 соединены между собой и подключены к положительному полюсу источника 13 тока, вторые концы соединены с корпусом 1 ускорителя, к которому вторы полюсом подключен источник 13 тока. Концы проводников 8 также соединены меяяу собой, но подсоединены они к иточнику 13 тока противоположно провоникам 9 так, что ток в соседних про- водниках 8 и 9 протекает в противоположных направлениях.

Ускоритель работает следующим образом.

Включается дополнительный источни 13 тока и по проводникам 8 и 9 заземленного электрода диода течет в противоположных направлениях ток, создающий в ускоряющем промежутке диода изолирующее магнитное поле, конфигурация силовых линий 11 которого показана на фиг.1. Так как ток протекает в соседних проводниках в противоположных направлениях, то силовые линии 11 магнитного поля замкнуты вокруг каждого проводника. Так как магнитное поле импульсное - десятки микросекунд, а потенциальный электрод

7выполнен массивным (т.е. его толщина много больше скиновой толщины для используемого магнитного поля), то силовые линии 11 магнитного поля не проникают в потенциальный электрод, а только касаются его поверхности и, проходя между проводниками

8и 9, замыкаются затем в пространстве дрейфа.При достижении в ускоряющем зазоре максимума магнитного поля В В jtp срабатьшает зарядное устройство 3 и начинается заряд обеих линий ДФЛ. Причем как линия I так и линия 11 через зарядную индуктивность 6 заряжаются до (+) - напряжения на зарядном устройстве 3,

После этого срабатьшают коммутаторы 4, ДФЛ разряжается и, так как в первый момент вречени на электродах диода плазма отсутствует, в ускоряющем зазоре будет протекать ток, обусловленный автоэлектронной эмиссией i Этот ток не может обеспечить согласованный режим ра(5оты ДФЛ и диода, импеданс, диода будет больщим, для ДФЛ это будет холостого хода, т.е. на диоде выделится удвоенное напряжение зарядки с обратным знаком . Под действием этого напряжения на поверхности потенциального электрода 7 образуется взрывоэмис- сионная плазма 10. Затем импеданс диода уменьшается до значений, необходимых для согласованного режима работы ДФЛ. Следонательно, после образования на потенциальном электроде 7 вэрывоэмиссионной плазмы 10 напряжение на диоде упадет и будет поддерживаться на уровне, обеспечивающем значение тока,, близкого к току короткого замыкания ДФЛ.

Между потенциальным электродом 7 и заземленным начнет протекать электронный ток. При :iTOM электроны, ЭМИтированные из плазмы 10, двигаются вдоль силовых линий 11 магнитного поля в направлении к второму электроду диода и, проходя между проводниками 8 и 9, попадают в пространство дрейфа.

При работе ДФЛ в режиме, близком к короткому замыканию, поглощение энергии в нагрузке (диода) незначительное и таким образом происходит перезарядка линий ДФЛ без потери энергии. Переходный процесс в линиях приводит к тому, что (при теоретическом рассмотрении процесса, т.е. с нулевым импеденсом коммутатора 4 и диода) после импульса тока отрицательной полярности с длительностью равной 2 t,. , где

Ьл

время прохода

импульса вдоль линии, наступит пауза тока в нагрузке также длительностью 2 t/y и после этого (т.е. ко времени 4. t) обе линии окажутся заряжены до напряжения , т.е. ДФЛ вернется в исходное состояние, только с другой полярностью зарядки линий ДФЛ и созданной взрывоэмиссионной плазмой 10 на потенциальном электроде 7 диода. В дальнейшем, так как коммутатор 4 продолжает оставаться замкнутым, происходит обычная работа ДФЛ с формированием на диоде импульса напряжения положительной полярности с амплитудой Ujj . Теперь уже электроды должны эмитироваться с проводников 8 и 9, по которым протекает то от источника 13 тока. Магнитный поток с В Вцр, существующий между ка кащхым проводником 8 и потенциальны электродом 7, будет препятствовать протеканию электронного тока в ускоряющем промежутке.

Следовательно, предлагаемая конструкция диода обладает вентильным свойством относительно электронного тока и в ускоряющем промежутке происходит только ускорение иоиов из взры

1415475

воэмиссионной плазмы 10. Генерация ионов происходит в согласованном режиме ДФЛ и диода и почти вся энергия, запасенная в ДФЛ, передается ионному

Z,.

и

Зо1р

где ZI ионов;

и

3olp

- заряд15

0

30

40

1Q Формула изобретения

Ускоритель ионов, содержащий гальванически соединенный с общей шиной корпус, гальванически соединенный с общей щиной и разделенный на вакуумный и не вакуумный объемы дисковым проходным изолятором, двойную коаксиальную формующую линию, расположенную вне вакуумной части корпуса, внешний электрод которой выполнен герметичным и совмещен с корпусом, разрядник, включенный между средним и внешним электродом двойной коаксиальной формирующей линии, источник

25 питания, подключенный через проходной изолятор к среднему электроду двойной коаксиальной формирующей линии, зарядную индуктивность; включенную между корпусом и потенциальным электродом планарного диода, отличающийся тем, что, с пелью повышения эффективности генерации ионов, средний электрод двойной коаксиальной формирующей линии подключен к положительному полюсу источника питания, внутренний электрод двойной коаксиальной формирующей НИИ гальванически соединен непосредственно с потенциальным электродом планарного диода, а второй электрод планарного диода выполнен в В1оде набора из параллельно расположенных в плоскости, перпендикулярной оси диода, проводников, подключенных к до45 полнительно введенному источнику тока так, что противоположные концы соседних проводников подключены к одно- именйому полюсу источника тока.

35

Изобретение может быть использовано для получения пучков тяжелых ионов наносекундной длительности. Ускоритель ионов содержит двойную коаксиальную формирующую линию, расположенную вне вакуумной части корпуса и имеющукэ внешний, сред)1ий и внутренний электроды 1,2,5 соответственно, разрядник 4, источник 3 питания, зарядную индуктивность 6, потенциальный электрод 7 планарного диода (ПД), который вьшолнен массивным из материала, ионы которого нужно ускорить. Второй электрод ПД выполнен в виде набора из параллельно расиоложенных в плоскости, перпендикулярной оси ПД, проводников 8, 9. Ускоритель име- о ет повышенн то эффективность генери- рования ионов. 2 ил. (Л 7 fff 8 11 12 II СП 4 СЛ

иг.2

Редактор Н.Тупица

Составитель Е.Громов

Техред А.Кравчук Корректор М.Максимишинец

Заказ 3890/57

Тираж 832

ВНШПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Подписное