Способ ускорения ионов Советский патент 1976 года по МПК H05H5/00 H05H9/00 

1

Изобретение относится к ускоритепьиой технике и может быть использовано в линейных ускорителях ионов.

Известен способ ускорения ионов, основанный на ускорении ионов при их движении в потеншшльные ямы, создаваемые электронным потоком, пропускаемым по оси системы.

Однако при реализации такого метода большие электрические поля, ускоряюаше ионы, onHOBpeNfeHHo приводят к сильному расталкиванию электронов сгустка. Для преодоления этого необходимо значительное усложнение конструкции ускорителя,

Цель изобретения „ разработка способа ускорения ионов, практическое осуществление которого обеспечивает создание более компактных и экономичных ускорителей.

Это достигается тем, что вдоль оси линейного ускорителя, представляющего с:збой провопяший зкт)ан, диак;етр которого периодически меняется вцол), цгшравления уско- пения ионов с монотонно paciyiiuiM CDOTBeTCTiieHiJO приришеиию скорое ги угк)|)Яе м.ого иппа прос грчпственпьгу noiiu :..к;, пппример ускоритель с ускоряющей структуро типа резонаторов Альвареца, пропускают пучок электронов, удерживаемый продольным постоянным магнитным полем и проMoayanpoBBHiibTft по : интенсивности так, что период модуляпии равен времени пролета ионов пространственного периода структуры.

На фиг. 1 схематически изображен ли- нейпый ускоритель для реал1 заиии предлагаемого способа ускорения ионов (три периода).

Пусть электронный пучок 1 с кругл1 1М поперечным сечегшем, yдepживae ый продольным постоянным магнитным полем Н, создаваемым системой соленоидов 2, распространяется вдоль оси проводящего экрана. Проводящий экран выполнен в виде трубы 3,, в KOTopofi при помощи колец 4 укреплены экранные трубки 5 sioHbiiiero диаметра.

Если в таком провпдяшем экране нет электронного пуп-о, то потенциал к, точки равен п ото кипа. стенок и элоктричсск; ; поля отсутствуют. При 434 3 нали ии электротгого пучкн потенциал на оси сг1 :темыстановится ниже потенципла стерток экрана. Это провисание по- тенштояа меньше внутри экранных трубок, где стенки экрана размеи ены близко от по верхности электро1яно1 о пучка, и больше в пространстве между экранными трубками, где экранирующие поверхности расположены дальше. Таким образом, когда в проводящем экране описанной конструкции имеется электронный пучок, в пространстве межД5 экранными трубками находятся потен цнапьные .ямы. Электронный пучок на входе в систему промодулирован по интенсивности. Дпя простоты положим, что закон модуляции такой, как это изображено на фиг. 2. Электронный ток равен в течение первой половины периода и нулю во второй половине периода Пусть в момевпг начала очередного цикла прохождения электронного тока на оси систе мы в центре первой (слева на фиг. 1) экранной трубки Находится ион, скорость ко торого Направлена слева направо вдоль оси и гораздо меньше скорости электронов. Период Т модуляции интенсивности -. электронного потока, начальная скорость иона, форма и глубина потенциальной ямы и расстояние Ij. от центра первой эк«ранной трубки до точки, расположенной по середине между первой и второй экранными трубками, выбраны таким образом., что: расстояние L, ион проходит за время Х. Тогда при этом движении ион, скатываясв в потенциальную яму, .увеличивает--свою энергию на некоторую величину uW В момент времени Т/2, когда ион находится на дне потенциальной ямы, электронный пучок исчезает. Движение иона во второй половине периода происходит тогда, когда электрогшый пучок отсутствует, энергия иона больше не меняется и при соответст вуюшем подборе расстояния U ДО цент ра второй экранной трубки ион достигает е центра к концу второй половины периода модуляции, т. е. в момент времени Т. Воз никаюшая ситуация аналогична той, кото-рая имела место в начале прошедшего периода модуляции. Мои с некоторой начальной скоростью находится в момент начапа очередного цикла прохождении электроннрго тока в центре экранной TpjfiKH. Ксли выполНены оговоренные условия н соответс ввнко подобраны пе.чпчины L, то к концу второго 11( модуляции ион оказывается в центр,-- ..i-ii -iKpanHoi 4 рубки и его энергия опять возрастает на AW .. Таким образом, в предлагаемой системе ри соответственно подобранных параметрах оны ускоряются электрическими полями, озбуждаемыми обьемньгм зарядом электонного пучка. Продольные поля в электронном пучке создаются за счет неоднородно- сти гранинных условий, а именно благодаря тому, что при перемещении вдоль нвправле1гая движения электронов меняется растояние от границы пучка до поверхности проводящего экрана, В связи с этим приведенная в качестве примера конструкция экрана - лишь частный случай систем, в которых может быть реализован предлагаемый способ ускорения ионов. Неотъемлемой особенностью ускоряющей системы является лишь периодическое с монотонно растущим, соответственно приращению скорости ускоряемого иона пространственным периодом изменение расстояния от проводящей поверхности до поверхности электронного пучка. Приведенный в качестве примера закон изменения во времени интенсивности элект ронного пучка также являе1х;я лишь одтшм из возможных случаев. В принципе, ускорение возможно п-ри любом периодическом изменении интенсивности. При предлагаемом способе ускорения наибольшие электрические поля -сосредото-, чены в области, занимаемой электронным пучком, и: вблизи этой области, т. е. в объеме, который не намного больше объема, занимаемого ускоряемым пучком ионов. Поэтому можно считать, что процесс ускорения требует относительно небольших затрат высокочастотной мощности. Присутствие отрицательного объемного заряда в области ускорения ионов обеспечивает радиальную фокусировку ускоряемого пучка. Таким образом, предлагаемый спо - соб ускорения ионов не нуждается в дополнительных фокусирующих средствах. Используемые дпя ускорения и фокусиров. ки ионов эле.ктрические поля возле поверхно1.:ги проводящего экрана всюду направлены внутрь области, занимаемой пучком Это значит, что система не имеет электронной эмиссии, а именно она обычно является первопричиной пробоев при повым-гении напряжения между пpoвoдящи и поверхйостями в вакууме. Формула изобретения Способ ускорения ионов в перколим,пких структурах, например в стр.укт.-|-:1. типа резонатора Альвареца, ПСИОР. :

на ускорении ионов их движении в потенциальные ямы, создаваемые электронным потоком, направляемым по оси - структуры, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности - ускорения и сокращения размеров ускори6

теля, интенсивность электронного потока периодически изменяют во времени такимобразом, чтобы она была максимальна при выходе ускоряемых ионов из трубок дрей фа и минимальна при входе ускоряемых, ионов в трубки дрейфа.

Фиг.