УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ИОННОГО ПУЧКА Советский патент 1994 года по МПК H01J27/02 

Изобретение может быть использовано в ядерной физике и термоядерных исследованиях.

Известны устройства для нейтрализации ионных пучков, содержащие камеры перезарядки, представляющие собой газовые мишени [1].

Недостатком этих устройств является большая величина потока нейтрализующего газа в направлении движения пучка.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для нейтрализации ионного пучка, содержащее ресивер, сито из сплавленных между собой отрезков капилляров для подачи направленного потока газа в область нейтрализации и поглощающий экран [2]. Однако и в этом устройстве не достигнута высокая направленность эмиттирования нейтрализующего газа.

Цель изобретения - повышение направленности эмиттирования нейтрализующего газа.

Поставленная цель достигается за счет того, что сито выполнено с поперечными по отношению к оси капилляров разрезами.

На чертеже 1 схематично изображено предложенное устройство для нейтрализации ионного пучка.

Устройство содержит ресивер 1, сито 2, поглощающий экран 3. Сито состоит из сплавленных между собой отрезков капилляров с поперечным разрезом 4, который разделяет сито на части 5 и 6.

Устройство работает следующим образом.

Газ, поступающий из ресивера 1 через сито 2 перпендикулярно к ионному пучку, нейтрализует ионный пучок и поглощается экраном 3.

Узкий поперечный разрез 4, не нарушающий оптической прозрачности сита 2, не может изменить конфигурацию газового потока через сито. Теплопроводность сита вдоль капилляров существенно уменьшается и возникают ощутимые перепады температуры между частями 5 и 6 сита из-за поглощения теплового излучения сита холодным газопоглощающим экраном 3. При этом уменьшаются скорости молекул, рассеиваемых под большими углами к направлению потока холодными концами капилляров. Это приводит к возрастанию относительно продольного импульса у эмиттируемых молекул, чем и достигается увеличение направленности эмиттирования.

Действительно, распределение плотности отражений молекул от стенок капиллярного канала в пространстве между эмиттером и поглотителем не зависит от температуры стенок канала, так как от температуры не зависит ни плотность потока молекул, поступающих из ресивера 1 на вход канала, ни вероятность движения молекулы по определенной траектории внутри канала (при диффузном законе вероятность отражения молекул от стенки в определенном направлении не зависит от температуры стенки). Следовательно, при падении вниз по течению газа температуры капилляров уменьшаются только скорости молекул, эмиттированных холодными концами капилляров под большими углами к направлению потока.

Оценки показывают, что за счет размеров можно получить ощутимый перепад температуры вдоль сита 2.

Для проверки эффективности введения разрезов был проведен математический эксперимент, иллюстрирующий возрастание направленности эмиттирования газа сквозь термически неоднородное сито. Эксперимент выполнен на ЭВМ способом математического моделирования случайного движения молекул газа. Для ослабления влияния случайных ошибок расчета перепад температуры вдоль капилляров был задан заведомо больше реального. А именно, при расчете предполагалось, что температура капилляров сита уменьшается от комнатной у ресивера 1 (Т = 298 К) до температуры жидкого азота (Т = 83 К) у торца сита, обращенного в вакуум. Направленность эмиттирования характеризуется, в частности, величиной
С = v_t/v, где v - средняя по величине скорость эмиттирования, с которой молекулы рассеиваются в вакуум стенками капилляров;
v_t - средняя продольная составляющая скорости эмиттирования.

В таблице приведены результаты расчета термически неоднородных сит при различных длинах l/d капилляров. Для сравнения в той же таблице приведены результаты расчета характеристик направленности С_о для термически однородных капилляров.

Стандартное отклонение относительной случайной ошибки математического эксперимента было порядка 3%.

Как видно из результатов математического эксперимента, уменьшение температуры капилляров сита вниз по течению газа повышает направленность эмиттирования (С > С_о).

Приведенные в таблице результаты получены для диффузного закона отражения молекул газа стенками капилляров в предположении свободного молекулярного режима течения газа сквозь капилляры сита.

Предложение о выполнении сита из сплавленных между собой отрезков капилляров с поперечными разрезами в устройстве для нейтрализации ионного пучка позволяет повысить направленность эмиттирования нейтрализующего газа и тем самым уменьшить поток "холодного" нейтрализующего газа вдоль пучка быстрых частиц.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ ИОННОГО ПУЧКА, содержащее ресивер, сито из сплавленных между собой отрезков капилляров для подачи направленного потока газа в область нейтрализации и поглощающий экран, отличающееся тем, что, с целью повышения направленности потока газа, сито выполнено с поперечными по отношению к оси капилляров разрезами.