ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ — «АНТИПРОБКОТРОН» Советский патент 1971 года по МПК H01J3/06 F03H5/00 H01J15/00 

Изобретение .относится к области техники получения ионных пучков и может использоваться в экспериментальных термоядерных установках, сильноточных ускорителях заряженных частиц, ионных двигателях и других аналогичных устройствах. В известных плазменных источниках ионов нлазма образуется в разряде между накаливаемым катодом и диодом в виде полой коничеосой трубки и растекается по радиусу вдоль магнитного поля с убывающей напряженностью. Отбор ионов производится с поверхности замагниченной плазмы поперек магнитного поля.

Увеличение площади поверхности отбора ионов на больщих радиусах в этом случае не дает эффекта, так как с увеличением радиуса падает концентрация ионов. Кроме этого, наличие осевой составляющей магнитного ноля в областн отбора ионов создает азимутальные скорости ионов на выходе из области магнитного поля источника, что существенно снижает возможность фокусировки нучка. В связи с этим иоиные токи в нодобных источниках не превышают 1-2 а.

Цель изобретения - получение сфокусированных иоиных noTOKOEi, .харктеризующихся токами в десятки амиер нри относительно небольщих ускоряющих нанряжениях (20 кв).

Это достигается тем, что в предлагаемом источнике благодаря специальным формам и

расположе1И1ю катода, антикатода н соленоидов радиальный поток плазмы, утоньшаюнхийся по мере увеличения диаметра, находится в поле, создаваемом двумя соленоидами, включенными одни навстречу другому. При равенстве ампер-витков этих соленоидов в медианной плоскостн отсутствует нродольная комнонента поля, а раднальная нарастает но радиусу - образуется поле антннробкотрона. Благодаря этому в наиболее узкой части разряда, в месте отбора ионов, при большой площади эмиссионной кольцевой щели в плазме достигается повышенная концентрация ионов при отсутствии азимутальной составляющей их скоростей. Система электродов для ускорения ионов и формирования пучка в виде концентричных колец, имеющих азимутальную щель, расноложена вблизи эмиссионной щели на небольшом расстоянии от

эмнттирующей стабилизированной поверхности нлазмы. При относительно небольшой разности потенциалов эти электроды создают сильиое электрическое ноле (И)- а/см, перпендикулярное магнитному нолю.

На чертеже изображена схема предлагаемого источника.

В корпусе вакуумной камеры / размещен катод 2, состоящий из двух соединенных с одной стороны коаксиальных цилиндров. Воный из двух конических дисков. Внешняя поверхность наружного цилиндра катода нокрыта веществом 4 с хорошей эмиссионной способностью (нанример, гексаборидом лантана) таким образом, чтобы покрытие находилось по обе стороны медианной поверхности 5 магнитного поля. Между катодом и анодом образуется радиальный разряд, плазма которого 6 имеет форму диска, утоньшающегося по мере увеличения его диаметра. Вокруг анодных дисков, напротив зазора между ними, расположен кольцевой антикатод 7. В одном из анодных дисков, в районе наименьшего зазора, на радиусе (/ находится кольцевая эмиссионная щель, а на небольшом расстояНИИ от нее установлена система ускоряющих электродов, состоящая из двух колец 8 и 9, имеющих азимутальную щель. Магнитное поле создается двумя соленоидами 10, расположенными но обе стороны медианной плоскости. Фокусировка ионов в пучок // осуществляется магнитной линзой 12. Источник изолирован от земли и соленоидов изолятором 13. Газ напускается в разрядную камеру но трубке 14.

Источник работает следующим образом.

К обмоткам соленоидов подается ток, и создается магнитное поле с напряженностью радиальной составляющей в области отбора ионов около 2000 эрстед. Катод нагревается до рабочей температуры током, который пропускается но концентричным цилиндрам. В газоразрядную камеру напускается газ до давления мм рт. ст. Далее на анод подается напряжение для образования дуги 100-200 в. Под действием нарастающего по радиусу магнитного поля плазма сжимается в осевом направлении. Благодаря этому эффекту под действием потока электронов с катода на радиусе создается плазма с достаточно высокой концентрацией ионов (порядка ). На отбирающий электрод и на корпус источника подаются потенциалы соответственно -15 кв и + 20 кв. Питание катушек магнитной линзы подбирается так, чтобы обеспечить радиальную фокусировку ионного пучка.

Предмет изобретения

Плазменный источник ионов, содержащий газоразрядную камеру с накаливаемым катодом, анодом и антикатодом, электроды отбора ионов, соленоиды и магнитную линзу, отличающийся тем, что, с целью увеличения ионного тока, катод выполнен в виде двух соединенных с одной стороны коаксиальных цилиндров, причем на внешней стороне наружного цилиндра нанесено эмиссионное покрытие; анод состоит из двух конических дисков, охватывающих внешнюю поверхность катода н установленных так, что зазор между дисками уменьшается по мере удаления от поверхности катода; антикатод выполнен в виде кольца, расположенного вокруг анодных дисков, напротив зазора между ними; эмиссионная кольцевая щель в одном из анодных дисков выполнена на диаметре минимального зазора между анодными дисками; с наружной стороны эмиссионной щели устаиовлены кольцевые коаксиальные электроды отбора ионов; но обе стороны нлоскости, проходящей посередине зазора между анодными дисками, вокруг антикатода расположены два соленоила, включенные один навстречу другому.

72

J3