Газовый нейтрализатор ионного пучка Советский патент 1993 года по МПК H01J27/00 

изобретение относится к нейтрализаторам мО Жьп: пучков,

Цель изобретения -- повышение газовой эффективности нейтрализатора за счет уменьшения утечки нейтрализующего гагэ вдоль пучка и обеспечение нспрерырного рехима работы.

На чертеже схематично изображен газовый нейтрализатор ионного пучка в разрезе.

Нейтрализатор состоит из камеры 1 перезарядки с отверстиями 2 для прохода ион- ного пучка (пучок нормален к плоскости чертежа), Камера 1 фланцами 3 соединена с входами нзсосов 4, 5 подачи и отбора нейтрализующего газа соответственно, в качестве которых используются вакуумные молекулярные насосы с двумя сферическими роторами, вращающимися вокруг взаимно перпендикулярных осей. Фланцы б,- 7 входных патрубков насосов на корпусах 8,9 размещены против входных окон внешних роторов 10, 11, Фланцы 12, 13 выходных патрубков насосов соединены между собой трубопроводом 14 замкнутого контура цир- куляции газа, к. которому присоединен ресивер 15 через натекатель 16. Насос 5 отбора снабжен уплотнительной вставкой 17, препятствующей перемещению газа ным ротором 18 с выхода на вход насоса 5, Перемещение газа с входа на выход насоса 5 oruopa or фланца 7 к фланцу 13 производится частью поза 19 центрального ротора 18, закрытого поверхностью зношнего рогора 11 с винтовыми канавками 20. Насос 4 поцзчи, содерхощий уплотнительной вставки, перемещает газ как со своего охода на выход (от фланца 6 к фланцу 12) честью кот-цзйого паза 21 центрального ротора 22, закрытого поверхностью внешнего ротсрэ 10с винтовыми канавками 23, так и с выхода на вход насоса частью кольцевого паза 24, Насосы 4, 5 установлены навстречу друг другу, при этом концы частей пазов 19, 24 центральных роторов 18, 22, обращенные к камере перезарядки 1, имеют общую касательную, показанную на чертеже пунктиром, проходящую через камеру перезарядки 1 и под прямым углом пересекающую ось отверстия 2 для прохода пучка, и эта соль параллельна осям центральных роторов 7.2, 18 нзсосов 4, 5. Стрелками показаны направления вращения ротороо 18 и22,

Газовый нейтрализатор работает следующим образом.

Вначале центральные и внешние роторы 22, 18. 10, 11 насосов А, 5 приводятся во вращение вокруг взаимно перпендикулярных осей. По достижении номинальной скорости вращен /я нейтрализатор заполняют газом из ресивера 15 через регулируемый натекатель 16. Газ растекается по трубопроводу 14 и попадает через фланцы 12, 13 на

выходы насосов 4, 5. Проникновению газа через насос 5 отбора с выхода на его вход препятствуют встречное движение стенок части паза 19 центрального ротора 18, уп- лотнительная вставка 17, снос газа винтовыми канавками 20 внешнего ротора 11 от входа к выходу насоса. Газ, поступивший к всасывающему концу части паза 24 центрального ротора 22 насоса 4 подачи, разгоняется этим ротором, и при выходе из-под

5 поверхности внешнего ротора 10 отрывается по касательной и пересекает камеру перезарядки 1 вдоль пунктирной линии на чертеже. Диаметр потока нейтрализующего газа определяется поперечным сечением

0 паза 24, формирующего поток. Прошедший через камеру 1 поток глубоко проникает в установленный по касательной всасывающий конец части паза 19 центрального ротора 18 насоса 5 отбора и отводится ротором

5 1 з к выходу насоса 5, откуда через выходной фланец 13 и трубопровод 14 вновь перетекает к фланцу 12 насоса 4 подачи, а оттуда - к всасывающему концу паза 24 этого насоса. - асть поза 21 центрального ротора 22 и

0 винтовые ханавки 23 внешнего ротора насоса 4 подачи, а также винтовые канавки 20 внешнего ротора 11 насоса 5 отбора улучшают вакуум в камере 1 перезарядки, что уменьшает торможение нейтрализующего

5 потока.

Улучшению вакуума способствует компактность камеры 1 перезарядки, достигаемая благодаря параллельности осей центральных роторов 22, 18 оси отверстий 2

0 для прохода пучка,

По достижении заданной величины нейтрализующего потока иатекателем 16 уменьшают подачу газа из ресивера 15 до величины, разной утечке газа через отвер5 Стия камеры 1. Принимая во внимание удаленность отверстий 2 камеры 1 от потоков, что видно из чертежа, можно утверждать, что утечка нейтрализующего газа незначительна. После заполнения камеры

0 перезарядки газом в нее через отверстия 2 подают ионный пучок.

Описанное выполнение нейтрализатора позволяет .получить почти замкнутую циркуляцию гэза в нейтрализаторе, что су5 щественно уменьшает в сравнении с прототипом расход газа и увэличивает время непрерывной работы нейтрализатора. Благодаря высоким скоростям вращения шарового ротора насосз 4 подачи, а также тому, чго три из четырех стенок паза 24 даижутся

вдоль него и передают свое движение газу, достигаются более высокие, чем в прототипе, скорости подачи потока нейтрализующего газа в камеру перезарядки по отношению к средней скорости теплового движения составляющих поток молекул. И в предложенном нейтрализаторе, и в прототипе нейтрализующий поток газа при прохождении камеры перезарядки замедляется как за счет несовершенства механизма отбора молекул, когда часть падающих молекул потока отражается навстречу ему от поверхности криопанели или от входной части насоса отбора, так и за счет торможения потока отраженными от стенок камеры перезарядки молекулами, покинувшими поток вследствие взаимных столкновений.

В предложенном нейтрализаторе эти негативные факторы ослаблены установкой всасывающего конца части паза 19 насоса отбора по касательной к падакж1ему потоку, а также взаимной параллельностью осей центральных роторов 22,18 насосов подачи и отбора оси пучка. Установка по касатель- ной обеспечивает глубокое проникновение молекул падающего потока нейтрализующего газа so всасывающий конец паза 19, откуда они почти не имеют возможности

возврате в камеру перезарядки благодаря сносу быстро движущимися вдоль канала стенками паза центрального рогора 18. При установке по касательной параллельность осей обеспечивает не только перпендикулярность пучка х потоку, но и компактность камеры 1 перезарядки, когда отношение площади неподвижных стенок камеры перезарядки к сечениям всасывающих каналов насосов 4 и 5 минимально, что минимизирует тормозящее влияние стенок камеры 1 перезарядки. Благодаря более высокой относительной скорссти потока в камере 1 за счет предложенной взаимной установки насосов подачи и отбора уменьшается в сравнении с прототипом утечка нейтрализующего газа здоль пучка быстрых частиц. Уменьшение утечки газа вдоль пучка ионов, снижение его расхода и обеспечение непрерывности работы повышают газовую эффективность нейтрализатора.

(56) Гудмен Р.К. и др. Нейтрализатор ионного пучка с поперечным потоком нейтрализующего газа. - Приборы для научных исследований, 1971, № 9, ст. 76.

Дьячков Б.А. и др, Литиевый нейтрализатор ионов. - Приборы ДЧР научных исследований, 1974, № 2, с. 35.

Изобретение относится к созданию газовых мишеней в нейтрализаторах ионного пучка Цепь изобретения - повышение газовой эффективности за счет уменьшения утечки нейтрализующего газа вдоль пучка, обеспечение непрерывного режима работы Устройство содержит камеру перезарядки с отверстиями для прохода пучка, узлы подачи и отбора поперечного потока нейтрализующего газа и замкнутый контур его циркуляции через камеру перезарядки, ресивер с натекателем. Новым в устройстве является то, что в качестве узлов подачи и отбора используются встречно установленные вакуумные молекулярные насосы. Каждый насос имеет по два сферических ротора перпендикулярного вращения центральный ротор каждого насоса содержит один кольцевой паз. фланцы входных патрубков соединены камерой перезарядки и установлены на сферических корпусах насосов против входных окон внешних роторов, насос отбора снабжен уплотнительной вставкой и установлен всасывающим концом откачного паза центрального ротора по касательной диагонально пересекающей камеру перезарядки, к нагнетательному концу паза центрального ротора насоса подали, при этом оси центральных роторов насосов подачи и отбора параллельны оси отверстий для прохода лучка а выходные патрубки насосов подачи и отбора соединены между собой трубопроводом, к которому через натекатель подсоединен ресивер. Это обеспечивает замкнутую циркуляцию газа в нейтрализаторе, что резко снижает расход газа из ресивера, уменьшает утечки газа вдоль пучка и увеличивает ресурс непрерывной работы нейтрализатора 1 ил

Формула изобретения

ГАЗОВЫЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ИОННОГО ПУЧКА, содержащий камеру перезарядки с отверстиями для прохода пучка и пристыкованные к ней с двух сторон узлы подачи и отбора поперечного отверстия для прохода пучка потока нейтрализующего газа, соединенные с трубопроводом замкнутого контура циркуляции нейтрализующею газа, отличающийся тем, что, с целью повышения газовой экономичности нейтра- лизатора за счет уменьшения утечки нейтрализующего вещества вдоль ионного пучка и обеспечения непрерывного режима работы,узлы подачи и отбора выполне

ны в виде встречно установленных i вакуумных молекулярных насосов, каждый из которых состоит из внешнего и центрального сферических роторов с взаимно перпендикулярными осями вращения, при этом центральные роторы содержат по одному кольцевому пазу, насос отбора снабжен уплотнительной вставкой, причем насосы установлены так, что общая касательная к поверхностям пазов центральных роторов обоих насосов пересекает ось отверстий для прохода ионного пу«ка под прямым углом, а контур циркуляции присоединен к корпусам насосов напротив выходных окон внешних роторов и снабжен ресивером с натекателем.

U/f .

0

Nbcczz