ИСТОЧНИК ИОНОВВ П т БIftifiUn ^ЧЛ:П"рТ(!^ФУбЩ tiiU'UfJ rtfi,' Советский патент 1974 года по МПК H01J3/04 

1

Изобретение относится к технике быстрой электромагнитной масс-сепарации продуктов ядерных реакций, образующихся под действием ускоренных заряженных частиц или быстрых нейтронов. Оно может быть использовано при экспериментах по исследованию радиоактивных ядер и ядерных реакций.

Основными факторами, от которых зависит возможность использования масс-сепаратора для исследования радиоактивных ядер, являются время задержки атомов и эффективность их ионизации в ионном источнике.

Известен источник инверсо-магнетронпого типа с малым временем задержки, составляющим несколько милисекунд.

Это малое время обусловлено высокой температурой катода-стопора продуктов ядерных реакций и ионной бомбардировкой его поверхности, предотвращающей образование вредных соединений, затрудняющих диффузию и десорбцию. Однако известный источник инверсо-магнетронного типа отличается относительно низкой эффективностью ионизации для атомов с высоким потенциалом ионизации.

Относительно высокую эффективность ионизации дает ионный источник с нитью накаливания и эффективным анодом, например источник типа Бернаса.

2

Однако применение такого источника для сепарации короткоживущих радиоактивных нуклидов ограничено из-за больщого времени задержки атомов внутри ионного источника, обусловленного «отравлением анода-стопора в результате образования вредных соединений на его поверхности.

Для повышения эффективности ионизации при малом времени задержки продуктов ядерных реакций в предлагаемом источнике стопор выполнен в виде полого цилиндра, охватывающего рабочий объем газоразрядной камеры, и снабжен расположенными на боковых поверхностях друг против друга отверстием для поступления в камеру продуктов ядерных реакций, закрытым тонкой мищенью, и эмиссионным отверстием, анод имеет площадь, меньшую, чем площадь стопора, и выполнен в виде цилиндрического кольца,

соосного стопору и расположенного у одного из торцов разрядной камеры, а катод расположен внутри анода, причем стопор и катод электрически соединены между собой.

На чертеже показан предлагаемый источник, продольный разрез.

Источник содержит накаливаемый катодэмиттер 1 электронов, выполненный из вольфрамовой проволоки в виде зигзага для увеличения поверхности эмиссии и уменьшения

удельного износа катода. Катод расположен

внутри цилиндрического анода 2, изготовленного нз листового вольфрама и тантала. Основания цилиндра открыты. Внутреннюю поверхность стенок разрядной камеры образует нагреваемый цилиндрический антикатод 3, находящийся под цотенциалом катода и используемый как стопор продуктов ядерных реакций. Стопор-антикатод 3 изготовлен из листового тантала или вольфрама толщиною 0,2 мм. Нагрев стопора-антикатода осуществляется электрическим током, подаваемым через ввод 4, отделенный от корпуса 5 изолятором 6 из нитрида бора. Стопор-антикатод имеет окно 7 с тонкой мишенью 8 из тугоплавких материалов (например, из танталовой или вольфрамовой фольги толщиной 20 мкм) и эмиссионную щель 9 для выхода ионов. Направление облучения мишени ускоренными частицами или нейтронами показано на чертеже стрелками А. Выводы катода и анода изолированы друг от друга изолято1рами 10 из .нитрида бора, заключенным в металлическую оправку. Патрубок И служит для подачи газа в разрядную камеру. Ионный источник расположен в магнитном поле, силовые линии которого направлены вдоль оси источника. Это поле создается электромагнитом (на чертеже не показан).

Ионный источник работает следующим образом.

Между катодом 1 и анодом 2 зажигается газовый электрический разряд. Внутри цилиндрического анода создается плотная плазма, обеспечивающая сильное катодное падение напряжения и тем самым эффективный отбор с катода и ускорение электронов. Электроны, ускоренные прикатодной разностью потенциалов, движутся по спиральным траекториям вдоль магнитных силовых линий к основанию стопора-антикатода 3, затем отражаются и попадают на анод. В полости стопора-антикатода таклсе создается плазма, потенциал которой за счет ухода вторичных электронов на анод равняется потенциалу анода. Разность потенциалов между плазмой и стопором-антикатодом вызывает бомбардировку ионами стопора-антикатода и тем самым предотвращает «отравление стопора.

Продукты ядерных реакций поступают в ионный источник в результате эффектов

выбивания, диффузии и десорбции. В случае реакции многонукло«ного обмена под действием тяжелых ионов, на пучке которых использовался ионный источник, глубина выбивания и внедрения продуктов реакции составляет десятки микрон тантала клп вольфрама. Это определяет толщину бм пспользуемой мишени (бм 50 мкм) и стопора бет продуктов ядерных реакций (бет 100 мкм).

Исследования работы иопного источника показали, что эффективность ионизации равняется для неона 5-7%, аргона 30-357о, криптона и ксенона более 50%. Среднее время задержки в понном источнике продуктов

реакции многонуклоппого обмена, образующихся при облучении танталовой мпшени ионами неона 22, составляет для фтора и неона / 100 мсек. Ионным источником предлагаемого типа

были определены основные характеристики радиоактивного распада нового изотопа неона 25 (Ti/2 0,642 сек) и псследована схема распада фтора 22 (Ti/2 4,2 сек.).

Предмет изобретения

Источник иопов для электромагнитного

масс-сепаратора на пучке ускоренных заряженных частиц или нейтронов, содержащий газоразрядную камеру, накаливаемый катод, анод, нагреваемый стопор продуктов ядерных реакций с тонкой мишенью, отличающийся

тем, что, с целью повышения эффективности ионизации при малом времени задержки продуктов ядерных реакций в источнике, упомянутый стопор выполнен в виде полого цилиндра, охватывающего рабочий объем газоразрядной камеры, и снабжен расположенными на боковых поверхностях друг против друга отверстием для поступления в камеру продуктов ядерных реакций, закрытым топкой мишенью, и эмиссионным отверстием, анод

имеет площадь, меньшую, чем площадь стопора, и выполнен в виде цилиндрического кольца, соосного стопору и располол енного у одного из торцов разрядной камеры, а катод расположен внутри анода, причем стопор

и катод электрически соединены между собой.