Инжектор ионов для электростатического ускоителя Советский патент 1979 года по МПК H05H7/08 

1

Изобретение относится к техняке ускорения заряженных частиц и предназначено для инжекции ионов в электростатичеекие ускорители.

Аналого.м изобретения является инжектор к тандемному ускорителю 1.

Недостатком аналога является то, что всякое изменение энергии пучка в предускорителе или ионном источнике требует подстройки всех ионнов - оптических эле.ментов после нредускорителя.

Прототипом предполагаемого изобретения является инжектор к перезарядному ускорителю ЭГП-10, содержащий ионный источник с фокусирующей системой, отклоняющий магнит и линзу для формирования кроссовера пучка на фиксированном расстоянии перед входом в ускоритель 2.

Основным недостатком прототипа яв.ляется неполное согласование работы ионного источника с ускорителем:

а) зависимость угла наклона и размера пучка на входе ускоряющей трубки (входная линза ускорителя) от потенциала высоковольтного электрода (кондуктор), это

обусловлено , что в csicTONio автофокусировки ионного нучка входной линзе ускорителя с постоянной ионно --оптической силой предшествует иммерсионная линза, ионно - оптическая сила которой зависит от потенциала кондуктора ускорителя;

2) отсутствие возможности варьировать нонно - оптическую силу входной линзы ускорителя в процессе его эксплуатации, так как для этого следует перестраивать потенциометр вдоль чскоряющей трубки или менить конструкцию ввода пучка в ускоритель.

Целью нредполагаемого изобретения является: улучшение согласования работы ионного источника с ускорителем.

Указанные цели достигаются тем, что между ОТКЛОНЯЮ1Ц1Ш магнитом и линзой становлен предускоритель с автофокусировкой ионного пучка, ускоряющая трубка которого подключена к источнику рогулируе.vioro BbicoKoro напряжения.

По,пожение ,1инзы меж:1у кроссоверами после предускорителя и перед входом в усК()ряю1иую труоку ускорителя О11реде.лг1стся с и сте м о ii у р ;i t, I е h и и: ff. /с } ( } IP л- 1ч VJnf.tJ - VrJ - (t,4 , (П Глеб - эмиттанс пучка после предускорителя, Г|, - максимальный угловой разброс частиц в кроссоверах пучка после предускорителя и перед входом в ускоряющую трубку ускорителя соответственпо, Ci, lf - расстояния от центра линзы до соответствующих кроссоверов пучка, L - расстояние между кроссоверами пучка. Второе уравнение в этой системе представляет собой равенство радиусов огибающих пучка со стороны предускорителя и ускорителя. Такой предускоритель обеспечивает практически постоянное положение кроссовера пучка на выходе своей ускоряющей трубки; исключает влияние энергии пучка, полученной в ионном источнике, на работу всех последующих ионно - оптических элементов. За счет регулируемого источника высокого напряжения предускорителя обеспечивается постоянство и независимость ионно - оптической силы входной линзы ускорителя от потенциала его кондуктора, а при необходимости воз.можно варьирование оптической силы этой линзы в определенных пределах независимо от ускорителя. Таким образом, достигается автономность и универсальность предлагаемого инжектора ионов. На чертеже показана схема инжектора для электростатического ускорителя. Инжектор состоит из последовательно расположенных: ионного источника 1, обычно применяемого в ускорительной технике, с системой фокусировки ионного пучка, состоящей из одиночной и иммерсионной электростатических линз; электрод ионного источника 2 (катод в случае источника отрицательных ионов) используется в схеме автофокусировки ионного пучка; отклоняющего магнита 3 с двойной фокусировкой для выделения заряженных частиц нужной массы; входная - 4 и выходная - 5 щели устанавливаются вблизи его фокусов в местах нахождения кроссоверов пучка К1 и К2. предускорителя 6, состоящего из системы ввода пучка 7, ускоряющей трубки 8 и регулируемого источника высокого напряжения 9, системы ввода пучка 10, которая служит для автофокусировки ионного пучка на выходе из предускорителя, она является частью ускоряющей трубки и представляет собой две иммерсионные линзы с общим электродом 11, который электрически связан с электродом ионного источника 2; регулируемого источника высокого напряжения 9, который подсоединяется к потенциометру ускоряющей трубки 8; квадрупольной линзы 12, которая предназначена для согласования характеристик кроссовера пучка после предускорителя КЗ с требуемькми параметрами кроссовера К4 перед входом в ускоритель; положение линзы 12 между кроссоверами пучка КЗ и К4 оп)еделяется из реп1ения системы уравнений (1). оПинза 12 обеспечивает постоянный размер и наклон пучка во входной линзе ускорителя 13. Ионный источник с фокусирующей системой создает пучок ионов и формирует его кроссовер К1 на входную щель 4 магнита 3, который выделяет пучок нужной массы и формирует его кроссовер К2 на выходную щель 5. Изменение энергии пучка в ионном источнике требует соответствующей подстройки магнитного поля магнита 3. Ускоряющая трубка 8 с помощью регулируемого источника высокого напряжения 9 меняет энергию пучка пропорционально потенциалу высоковольтного электрода ускорителя и формирует кроссовер пучка КЗ после предускорителя 6. При этом расстояние от конца трубки 8 до кроссовера КЗ меняется в небольщих пределах в зависимости от потенциала предускорителя. Так, например, при из.менении энергии пучка после предускорителя от 37.5 кэв до 150 кэв расстояние от конца трубки до кроссовера увеличивается не более чем на 2см. Линза 12 преобразует кроссовер пучка КЗ в К4, характеристики которого отвечают заданным параметрам пучка после ускорителя. Потенциал возбуждения линзы 12 подбирается в соответствии с энергией пучка, вышедшего из предускорителя. Изменение потенциала высоковольтного электрода ускорителя, при фиксированном режиме работы ионного источника, требует соответствующей регулировки источника высокого напряжения предускорителя 9 и потенциала возбуждения линзы 12. Эти регулировки могут быть автоматизированы. Техническая и экономическая эффективность инжектора заключается в следующем: а)инжектор обладает свойствами автономного прибора, работа которого может быть автоматизирована и синхронизирована с потенциалом высоковольтного электрода ускорителя; б)инжектор обеспечивает лучщие условия согласования работы ионных источников различных типов с ускорителе.м и позволяет отлаживать его работу без ускорителя;в)для каждого сорта ускоряемых ионов инл ектор позволяет в определеьщых пределах подбирать оптические силы входны.х линз ускорителя и предускорителя.