Способ определения длительностипроцесса установления нейтрализации Советский патент 1976 года по МПК H01J3/04 

1

Изобретение относится к технике электромагнитного разделения изотопов в промышленных сепараторах.

Под временем установления нейтрализации заряда в пучках понимается время, в течение которого донейтрализованный заряд пучка ионов вновь полностью восстанавливается, т. е. пучок становится полностью нейтрализованным.

Длительность процесса установления нейтрализации /„ в пучках является важнейшей характеристикой пучка, так как в случае воздействия на пучок периодических во времени денейтрализуюш,их возмушений, вызванных, нанример, нарастанием силы тока е пучке, нейтрализация может быть сохранена на необходимом уровне только в случае, если время нарастания возмущения (за счет роста тока в пучке) не очепь велико, точнее, если скорость нарастания тока в пучке не превосходит скорости генерацин ионным пучком в его объеме вторичных электронов (которые осуш,ествляют нейтрализацию объемного заряда пучка). Отсюда следует, что чем меньше время установления нейтрализации заряда в пучках (/ц-0), тем пучок более устойчив .к нарушению нейтрализации его заряда при динамических возмущениях, воздействующих на него. В предельном случае, если /н 0,пучок не будет подвержен возмущению (денейтрализации) при любой скорости нарастания в нем динамических денейтралнзующих факторов.

Известен способ онределения длительности процесса установления нейтрализации ионных нучков в нромышленном электромагнитном сепараторе путем регистрации динамики изменения ионного тока пучка, нрн реализации которого определяют отноиление амплитуды неремеиной и постоянной составляюшей силы тока пуч1ка, по кото1рым рассчигать длительность процесса установления нейтрализации, считая при этом, что ток пучка колеблется но гармоническому закону.

Известный способ онределения t,i не обеспечивает достаточной точности, так как основан на целом ряде идеализации. Считается, что сила тока нучка нромодулирована периодическими колебаниями (типа синусоиды). Кроме того, при расчете заряда ионного пучка учитывается только объемный заряд быстрых иопов пучка и медленных электронов, осуществляющих собственно нейтрализацию. Иреднолагается, что разбаланс этого заряда впучке в определенные моменты времени и создает электрический нотенциал и электрические поля в пучке. Предполагается, что нарушение нейтрализации осуществляется только в результате внутренних причин в объеме пучка быстрых во времени изменений силы тока. Считается, что геометрия нучка не нграетроли

в процессе восстановления нарушений нейтрализации заряда цучка.

Фактическое положение дел в пучке таково: ток пучка промодулирован переменной составляющей типа шумов. В пучке имеют место пульсации формы пучка (сжатия и расширения), вызывающие большие амплитуды колебаний плотности тока и не фиксируемые в токе на приемник. В состав объемного заряда входит большой вторичный объемный заряд медленных (вторичных) ионов и электронов, превосходящий первичный объемный заряд в два и более раза. Опыт показывает, что возмущение пучка происходит не только вследствие действия внутренних причин, но и вследствие действия внешних электрических полей от зарядов, накопившихся на внутренних стенках металлической камеры сепаратора, в основном на участках с диэлектрическими напылениями. Это так называемая «статическая денейтрализация. Не исключены и другие внешние воздействия на пучок, разрушаюшие его нейтрализацию.

Наличие вторичного объемного заряда в пучке приводит к принципиальному изменению нрироды самих процессов нейтрализации заряда в пучках.

Реальный ионный пучок пробегает свой путь в камере сепаратора через сильное поперечное магнитное поле и имеет сложную форму. Эти обстоятельства приводят к тому, что t,, практически не поддается даже идеализированному теоретическому расчету, а следовательно и применение известного способа не обеспечивает высокой точности определения/п.

Целью изобретения является повышение точности определения /нПоставленная цель достигается тем, что кратковременно повышают потенциал пучка вблизи выхода из источника ионов, например, путем подачи импульсов положительного потенциала на металлические пластины, расположенные вблизи пучка, а по результатам регистрации изменения тока пучка IB периоды времени, соответствующие моменту повышения нотенциала и следующие непосредственно за ним, судят о длительности процесса.

На фиг. 1 показана возможная схема устройства для реализации предлагаемого способа, где 1-источник ионов, 2-нриемник изотопов, 3-электроду, на которые подается потенциал, 4-ионный пучок, 5-реперные электроды, 6-электроды, регистрирующие расходимость пучка, 7-карман изотопного приемника, 8-коммутатор, 9-камера сепаратора, 10-патрубок вакуумной откачки.

На фиг. 2 показаны осциллограммы, отражающие наведение тока пучка В+ в карман приемника при подаче на электроды 3 импульсов положительного потенциала. Длительность

импульса составляет 2 мксек, частота следования импульсов регулировалась в пределах от ,5 КГЦ до КГЦ. В любом столбце верхних осциллограмм кадров приведено наведение тока в карман приемника пучка BI+ в условиях, когда естественные «шумы этого тока перед подачей на осциллограф отфильтровывались.

Во втором (в первом столбце) приведены

данные по этому току в условиях без фильтрации. Нижние осциллограммы кадров показывают форму зондирующего возмущаюндего нучок импульса.

На осциллограммах тока направление вверх

соответствует убыванию тока пучка 5 в карман, т. е. денейтрализации с последующим распль ванием. Участкам осциллограмм с падением соответствует нарастание тока в карман и восстановление нейтрализации. В левом

верхнем кадре из осциллограммы тока следует, что задолго до иоявления второго возмущающего имнульса пучок был полностью нейтрализован. На втором левом кадре показан случай с более высокой частотой следования импульсов. Здесь уже отрезок времени между моментом полной нейтрализации заряда в пучке и появлением следующего импульса сун1,ественно меньше. И, наконец, на третьем кадре зондирующий и возмущающий импульс

подается в момент, когда нейтрализация еще не восстановлена, а ток пучка в кармам не достиг своего максимального значения.

Как видно, но осциллограмме тока можно определить время in, в течение которого ионный пучок в сепараторе денейтрализуется при :юдаче на пластины денейтрализующих импульсов.

Использование предложенного способа определения показало, что значения /„, определенные по этому способу значительно отличаются ст значений, определенных известным способом.

Формула изобретения

Способ определения длительности процесса установления нейтрализации ионных пучков в промышленных электромагнитных сепараторах путем регистрации динамики изменения

ионного тока пучка во времени, отличающ и и с я тем, что, с целью -повышения точности, кратковременно повышают потенциал пучка вблизи выхода из источника ионов, например, путем подачи импульсов положительного потепциала на металлические пластины, расположенные вблизи пучка, а по результатам регистрации изменения тока пучка в периоды вре.мени, соответствуюшие моменту повышения потенциала и следуюшие непосредственно

за ним, судят о длительности процесса.