Импульсный ускоритель ионов Советский патент 1981 года по МПК H05H5/00 

Изобретение относится к ускорительной . технике и может быть применено для получения сильноточных (несколько мА) ионных пучков с энергией ионов до 1 МэВ и длительностью до нескольких Известен ускоритель, содержащий источник питания, анод и катод со взрывной эмиссией электронов, в котором в качестве источника ионов используется плазма, образующаяся на аноде под действием электронной бомбардировки JL ....,, Однако у этого ускорителя недостаточно эффективно используется энергия источника питания, так как основная ее доля, тратится на ускорение электро нов, а длительность пучка ограничй- вается временем закоротки диска плазмой. Известен импульсный ускоритель ионов, содержащий источник питания, соосно расположенные катушки магнитного поля, катод и анод 2. у этого ускорителя, в котором анод .ная плазма образуется за счет поверхностного разряда, с усилением магнитного -поля резко ослабевает ионный ток И. хотя длительность его растет, энер гия, переносимая ионами, падает (ослабление ионного тока объясняется уменьшением поверхности анодной плазмы с усилением магнитного поля). Данный ускоритель требует крутого переднего фронта ускоряющего напряжения и, следовательно, накладывает жесткие ограничения на величину паразитной . емкости, шунтируемой диодом, и индуктивность подводящих цепей и самого источника. Такой ускоритель позволяет работать только с диэлектрическим анодом, что неудобно при ускорении ионов металла. Цель изобретения - удлинение и усиление ионного тока. Это достигается тем, что внутрь катода и йнода введен слой магнитного материала, толщина которого равна ускорякщему зазору катод-анод; слой удален от поверхностей анода и катода, ограничивающих зазор, на расстояние, изменяющееся с периодом, равным нескольким величинам зазора, причем места выхода слоя на поверхность, анода покрыты материалом, содержащим элемент, ионы которого предполагается ускорять , эти места находятся между выходами слоя на поверхность катода.. Катод и анод заполнены несколькими слоями магнитного материала на расстоянии друг .от друга, превышающем величину ускоряющего зазора. На фиг. 1 представлены схема уск рителя (а), разрез анода и катода (б) , на фиг. 2 показано распрёделе4ше магнитного поля в области, где слой выходит- на поверхность катода (а), анода (б), траектория- электронов сразу после подачи импульса на|пряжения (в) и после заполнения экр нированных областей плазмой (г). Устройство содержит источник 1 ,питания, катод 2 -и анод 3, внутри: которых находится, слой 4 из магнитного материала. Этот слой расг.эложен перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, создаваемого катуш кой 5, и пересекает большую часть е магнитного потока. Толщину слоя выбирают порядка величины ускоряющего зазора d. Этот слой .периодически вы ходит на поверхности катода и анода ограничивающие зазор (фиг. 16), и с дает на них экранированные от магни ного поля области 6 (фиг. 2 а, б). Поверхность анода, ограничивающая т кую область, покрыта материалом 7, содержащим элемент, ионы которого предполагается ускорять. Расстояние 1 между выходами слоя на катоде и аноде выбирают порядка величины ускоряющего зазора. Возможно применение нескольких таких слоев, соответствующие точки которых ле жат на анодной и той же силовой линии магнитного поля. Эти слои отделе ны друг от друга промежутком, превышающим ускоряющий зазор. В таких условиях, если величина магнитного поля не превышает индукции насыщения магнитного материала слоя для мягкого железа индукция насыщения превы шает 20 кГс), область заметной экранировки от магнитного поля простирается от границы слоя на расстояние порядка его полутолщины. Эта область перекрывает около половины.ускоряюще го зазора в местах выхода слоя на по верхность катода или анода (область на фиг. 16, 2а, в, г). Траектория электронов в первый мо мент после подачи импуль.са напряжени имеет три характерных участка 8 (фиг. ,2в): движение в сторону анода в прикатодной области, экранированно от магнитного поля, движение параллельн© поверхности анода в скрещенны Е и Н полях между соседними экраниро ванными областями и движение в сторо ну анода и анодной экранированной об ласти 6. Здесь под действием электро ной бомбардировки поверхности анода образуется анодная плазма, являющаяся источником ионов, которые ускоряются в сторону катода. После заполнения экранированных областей соответственно катодной и анодной плазмой электроды движутся в скрещенных полях по траектории 9 (фиг. 2г), которая практически совпадает с охватывающей катод и катодную плазму эквипотенциалью. Бомбардировка анода прекращается, а с поверхности анодной плазмы продолжается ускорение ионов; при этом поверхности противоположных электродов ;и примыкающих к ним плазм разделены зазором с изолирующим магнитным полем. Приэлектродные плазмы могут растекаться вдоль силовых линий магнитного поля. При использовании нескольких магнитных слоев соответствующие Приэлектродные плазмы сливаются между .собой. Предлагаемое изобретение позволяет удлинить и усилить ионный ток, т.е. повысить количество ионов, ускоряемых за один импульс. Кроме того, снижаются требования на крутизну переднего фронта импульса напряжения и возможно применение металлического анода в случае ускорения ионов металла. Формула изобретения 1. Импульсный ускоритель ионов, содержащий.источник питания, соосно расположенные катушки магнитного поля, катод и анод, отличающийся тем, что, с целью удлинения и усиления ионного тока, внутрь катода и анода введен -слой магнитного материала, толщина которого равна ускоряющему зазору катод-анод/ этот слой удален от поверхности анода и катода, ограничивающих ускоряющий зазор,.на расстояние, изменяющееся с периодом, равным нескольким величинам зазора, причем места выхода слоя на поверхность анода покрыты материалом, содержащим элемент, ионы которого предполагается ускорять, эти места находятся между выходами слоя на поверхность катода. 2. Ускоритель по п. 1,, отличающийся тем, что катод и анод заполнены несколькими слоями магнитного материала на расстоянии друг от друга, превышающем величину ускоряющего зазора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 436406, кл. Н 01 J 3/03, 1971. 2.Арр1 Physheft, 30, 4 (1977), 182-185.