Способ получения потока ионов Советский патент 1990 года по МПК H05H1/00 H01J27/00 

Изобретение относится к способам получения интенсивного потока ионов в газоразрядной плазме и может быть использовано для создания на его ос- нова мощных ионных источников, нагрева плазмы в термоядерных установках

и т.д.

Цель изобретения - повышение плотности потока ионов.

Пучково-плазменный разряд реализуется следующим образом.

ЭлектронШ)1й пучок, проходя через нейтральный газ, создает в результате парных соударений плазму с плотностью порядка плотности пучка. При взаимодействии пучка с этой плазмой развивается неустойчивость, которая сопровождается возбуждением интенсивных колебаний. Электроны плазмы при- обретшот энергию, достаточную для ионизации нейтрального газа. Это приводит к возникновению лавинообразного процесса, когда за время, сравьшваемое с временем свободного пробега плазменных электронов при неупругих соударениях, происходит практически полное выгорание нейтрального газа в области электронного пучка. Плотность штазмь в области распространения электронного пучка становится на два - четыре порядка больше плотности электронов пучка. Возбуждение ВЧ- и НЧ-колебаний приводит к сильному возрастанию энергии электронов плазмь., а также к значительному увеличе1шю дрейфа плазl мf. бЭ

О

&с ел

4

01

мы поперек магнитного, поля. В отличие от известного способа (разряда Пеннинга), где начальная плазма в прианодной области создается ос- ИИ.ГШИРУЮЩИМИ между анодом и катодом электронами согласно предлагаемому способу начальная прианодная плазма образуется благодаря дрейфу поперек магнитного поля плазмы пучково-плаз- менного разряда (ШР). Ее концентра- i ция значительно выше, чем в разрядах i Пеннинга. В дальнейшем развитии процесса, при наличии ППР на оси систе- МЫ и скрещенных электрического и маг- . нитного полей, в прианодной области : создается плазма с гораздо большей : концентрацией, чем в случае обычного ; (известного) пеннинговского разряда : Подвижность электронов поперек маг- I нитного поля в связи с высоким уров- ; нем турбулентности плазмы при разЕ:и- : тин пучково-плазменной неустойчиво- : сти значительно выше в предлагаемом способе, чем в известном. Высокая концентрация плазмы в прианодном сло и большая поперечная подвижность электронов слоя приводит к росту анодного тока и, соответственно, к увеличению потока ионов.

На чертеже показана схема установ ки для реализации способа. ; Установка содержит электронную пушку 1, стеклянную рабочую камеру

2, катушки 3 постоянного магнитного i поля, медный полый цилиндр 4, диаф :рагмы 5 и цилиндр Фарадёя 6.

Способ осуществляется следуюигим образом.

Электронный пучок, сформирован- ный электронной пушкой 1 (с энергией электронов до 10 КэБ, током I до 2А длительностью 100 мкс) через входную диафрагму 5 инжектируется в рабочую камеру 2, в которой натекателем поддерживается необходимое давление. Электронная пушка и рабочая камера находятся в продольном постоянном магнитном поле с напряженностью Нг до 2 кГс, создаваемом катушками 3. В камере зая игается пучково-плазменный разряд, образующий плазменный шнур. Пучково-плазменный разряд зажигается , р 1 Тор, е гг 3000 эВ, 1&500мА

Находясь в контакте с диа(|грагмой и цилиндром Фарадёя 6 (d 20 мм), плазменный шнур имеет близкий к нулевому потенциал относительно земли.

При подаче папоя1-;тельного потенциала на анод (полый медный цилиндр Д) межд плазменным шнуром и анодом o6pa3yeTCj радиальное электрическое поле Е у- , перпендикулярное магнитному полю. В рабочей камере зажигается самостоятельный разряд в скреш1енных Е- и Н-по лях. О наличии процесса пучково-плаз- менного взаимодействия судят по появлению ВЧ-сигнапа из области взаимодействия на зонде (на чертеже не показан). О зажигании разряда в скрещенных полях судят по появлению ионного тока на коллекторе (цилиндр Фа- радея) и яркому свечению всего объема рабочей камеры как до выходной диафрагмы 5, так и после нее. Начало импульса ионного тока коррелируют с появлением ВЧ-сигйала на зонде.

Длительность импульса ионного тока составляет около 20 мкс. Из вольт- амперной характеристи ки следует, что при и 400 В плотность ионного тока 1- 50 А/см, что на два порядка больше плотности тока в пеннинговском разряде .

Величина ионного тока на коллектор от магнитного поля в пределах 0,3- 2 кГс существенно не зависит. Также слабая зависимость наблюдается от давления в рабочей камере при р мм рт.ст.

Ь Г-105

0 с

Величина тока электронного пучка в пределах 0,5-2 А и энергия электронов пучка Б/ 3-10 кэВ практически не влияет на ионный ток. Такое поведение разряда можно объяснить тем, что параметры пучково-плазменного разряда от указанных величин магнитного поля, давления газа, тока электронного пуч-. ка и энергии электронов слабо зависят.

Формула изобретения.

Способ получения потока ионов, включающий созда ше в рабочей разрядной камере, содержащей плазмоебразую- щую среду, скрещенных электрического и магнитных полей, ионизацию среды электронами и вытягиваниеионного потока из разрядного промежутка, при этом величину индукции магнитного поля выбирают из условия замаг- ниченности электронов, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения плотности потока ионов, вдоль магнитного поля направляют электрон516035 5

иый пучок, причем энергию электроновусловия поддержания пучково-плазменпучка и величину тока выбирают изного разряда.

Изобретение относится к области получения и использования мощных ионных потоков. Целью изобретения является повышение плотности потока ионов. На рабочую камеру, содержащую плазмообразующую среду, накладывают скрещенные электрическое и магнитное поля. Вдоль магнитного поля пропускают электронный пучок. Параметры пучка и магнитного поля выбирают так, чтобы поддерживался плазменно-пучковый разряд. За счет пропускания вдоль магнитных силовых линий дополнительного электронного пучка и осуществления пучково-плазменного разряда достигается увеличение плотности потока ионов на два порядка. Изобретение позволяет создать более эффективные ионные источники, например, для нагрева плазмы в термоядерных установках или для технологических целей. 1 ил.

5 4

dbH

Напуаггвза