Устройство для инжекции сильноточного электронного пучка в установку с магнитным полем Советский патент 1980 года по МПК H05H5/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНЖЕКЦИИ СИЛЬНОТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В УСТАНОВКУ С МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Изобретение относится к технике ускорения заряженных частиц и может найти применение в устройствах для захвата на замкнутую орбиту сильноточного электронного пучка и в установках для удержания и нагрева плазмы в магнитном поле с использованием сильноточных злектронных пучков. Известно устройство д)1я инжекции сильноточного электронного пучка в камеру с тороидальным магаитным полем 1. Недостатком является значительное искажение внешнего магнитного поля во время иижек даи пучка, снижающее эффективность инжекщш Кроме, того, такое устройство не позволяет провести электронный пучок в магнитном поле на большое расстояние внутрь камеры и таким образом не позволяет инжектировать электроны в камеры большого сечения. Длина, на которую в этом устройстве проходит пучок, не отклоняясь во внешнем тороидальном поле, сравнима, с диаметром спирального катода уско рителя. Известно также .устройство для инжекции электронного пучка в установку с поперечным магнитным полем, состояшее из сильнотх/чкогз электронного ускорителя прямого дейстйа, вакуумной камеры, установка, кчтуижл iv-.:r создания в ней мапштногр поля 2. Наиболее существенными его недостатками является наличие зна штельных энергетически;. потерь электронного пучка при инхсект ии, связанных с соударениями электронов со стенками газонаполненного щетиндра иконечным временем ионизации газового канала, что приводит к .потере электронов на переднем фтюнте до тех пор, пока не достигается необходимая степень ионизации газа. Цель предлагаемого изобретения - уменьшение энергетических потерь электронного пучка. Для этого вне вакуумной камеры установлен лазер, а на поверхности анода электронной пушки ускорителя со стороны вакуумной камеры укреплена твердотельная мишень, помещенная внутри цилищфического сопла, причем оптическая ось лазера, оси электронной пушки и цилиндрического сопла совпадают. Сущность изобретения поясняется чертежом.

H;i чергсже следующие обозначения: 1 - лазер, 2 - отически прозрачное окно, 3 - катушки для создания магни1Ного поля, 4 - вакуумная камера установки, 5 - цилиндрическое сопло, 6 - твердотельная мишснь, 7 - анод сильноточного ускорителя, 8 катод сильноточного ускорителя, 9 - сильноточный электронный ускоритель прямого действия.

. Предлагаемое устройство работает следующи образом.

В вакуумной камере 4 установки давление .остаточного газа составляет меньше, чем тор. Сначала срабатывает лазер 1. Сфокусированный световой лу лазера 1 через оптически прозрачное окно 2 в вакуумной камере 4 установки попадает на твердотельную миигень 6 и разогревает ее до высокой температуры, при которой происходят процессы испарения и термоионизании материала твердотельной ми1неии 6. Адиабатический нагрев мишени 6 и прод ктов ее испарения приводит к резкому нарастанию давления внутри цилиндричесKoio сопла 5, вызывающего ускорение плазмы внутри ЦШ1 индрического сопла 5, навстречу лучу лазера. Скорость разлета плазмы достигает Ю см/с. Нейтральные атомы испаренного веп ества твердотельной мишени 6 движутся так же навстречу лучу лазера и подвергаются дополнительной иоиизаиии. Таким образом, при вполне достижимых в настоящее время- уровнях мощности лазера, получают почти стопроцентную ионизацию испаренного вещества, образующего плазменный канал внутри вакуумной камеры 4 установки.

Геометрические размеры плазменного канал рпределяются размерами цилиндрического сопл 5 и уровнем мощности лазера 1 и могут изменяться в широких пределах.

Запуск сильноточного ускорителя 9 осущесгеляют с временной задержкой относительно момента срабатывания лазера 1, требуемой для формирования плазменной струи. Электронный пучок выводят из ускорителя через анод 7

и инжектируют в плазменную струю. Под действием пространственного заряда пучка электроны плазмы покидают плазменный канал, а положительный заряд ионов плазмы обеспечивает условия самофокусировки сильноточного электронного пучка. При смещении электронного пучка относительно плазменного канала под действием внешнего магнитного поля возникают электростатические поля поляризации, которые удерживают электронный пучок вблизи плазменного канала. Таким образом, создают условия для 1ф()екгивной инжекпии пучка в установку с магнитным полем любой конфигурации.

Диаметр циливдрического сопла равен диаметру сфокусированного лазерного луча и мо жет составлять от нескольких микрон до нескольких миллиметров, это на несколько порядков меньше диаметра используемых в настоящее время сильноточных электронных пучков. Длина цилиндрического сопла равна нескольким диаметрам, поэтому потери электронов пучка на цилиндрическом соцле незначительные.

Предлагаемое устройство обладает рядом преимуществ по сравнению с известными. Вопервых, за счет уменьшения энергетических потерь на столкновения и ионизацию атомов остаточного газа и потерь на стенках газонаполнительного цилиндра, увеличивается эффективность инжекции. Во-вторых, предлагаемое устройство позволяет инжектировать электронный пучок в установку с магнитным полем на значительные расстояния, по крайней мере, порядка метров.

Отсутствие дополнительных материальных элементов в области дрейфа пучка расширяет возможности использования устройства в различных областях техники.

Формула изобретения

Устройство для инжекции сильноточного электронного пучка в установку с магнитным полем, содержащее сильноточный электронный ускоритель прямого действия, вакуумную камеру установки и катушки для создания в ней магнитного поля, отличающееся тем, что, с целью уменьшения энергетических потерь электронного пучка, вне вакуумной камеры установлен лазер, а на поверхности анода электронной пушки ускорителя со стороны вакуумной камеры укреплена твердотельная мищень, помещенная внутри цилиндрического соппа, причем оптическая ось лазера, оси электронной ггушки и цилиндрического сопла совпадают.

Источники информации, j принятые во внимание при экспертизе

p. 193.

J fe

KL