Сильноточный ускоритель ионов Советский патент 1982 года по МПК H05H5/00 

(54) СИЛЬНОТОЧНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ

1Изобретение относится к ускоритепьной технике, может быть применено для получения сильноточных (десятки кА) ионных пучков с энергией до нескольких МэВ и длительностью до нескольких

МКС.

Известны сильноточные ускорители ионов, содержапше источник питания, анод и катод со в ывной эмиссией Cl 3 , в которых под деЙсгБием электронной бомбардировки на аноде о азуется плазма, с поверхности которой ионы ускоряются к катоду.

Недостатки таких ускорителей - малая длительность пучка, ограниченная временем закоротки диода плазмой, и большие потери энергии, вызванные протеканием в диоде больших электронных токов.

Известен ускоритель С 2 , содержащий импутЕьсный источник питания, соединенный с диодом, анод которого покрыт материалом, содержащим элемент, ионы которого предполагается ускорять.

Недостатки данного ускорителя малая длитепьнсють ионного тока (изза закоротки диода плазмой) и потеря энергии на электронный пучок. Кроме того, для такого ускорителя требуется высоковольтный импульсный источник питания с низким внутренним сопротивлением, что представляет сложную техническую задачу .

Цель изобретения - увеличение длительности ионного тока, уменьшение электронного тока, шунтирующего ионный и усиление энергии, передаваемой от источника ионному пучку.

Цель достигается тем, что последовательно с диодом включена катушка для создания магнитного поля, соосная аноду и катоду. Катушка составлена из двух частей, включенных навстречу друг другу.

На фиг. 1 и 2 представлены два варианта схемы ускзфителя.

Ускоритель включает в себя последо(Вательно соединенные импульсный источник 1 питания, катушку 2 магнитного поля, диод, состоящий из соосных анода 3 и катода 4, разделенных зазором. Анод имеет разрезы (вдоль оси}, благодаря чему создаваемое катушкой магнит ное поле проникает в ускоряющий зазор. Материал анод а. с одержит элемент, ионы которого предполагается ускорять. Поверхности катода и анода параллельны силовым линиям 5 магнитного поля, создаваемого катушкой в ускорякицем зазоре диода. При подаче импульса напряжения на диод с катода начинается взрьюная эмиссия электронов, которые бомбардируют анод и образуют на нем плазму. С поверхности этой плазмы в сторону катода ускоряются ионы 6. С ростом то ка в его зазоре растет псшеречное магнитное поле (создаваемое катушкой 2), которое снижает электронный ток диода. Катушка магнитного поля должна иметь достаточное количество витков, чтобы при протекании по ней ионного тока, определяемого первеансом диода и величиной напряжения, величина создаваемого ею магнитного поля была больше критической, при которой электроны не поп дают на анод. Со1фашение зазора в результате движения приэяектронных плаз приводит к росту ионного тока и поперечного поля в зазоре. С ростом магнит ного поля замедляется движение плазм и уменьшается расстояние, на которое способны отойти от катода электроны, В результате нарастает длительность ионного тока и полностью подавляется электронный ток. Для уменьшения индуктивности катуш ки и падающего на ней напряжения, катушку вьшолняют так, чтобы магнитное поле создавалось в минимальном объеме т.е. только в ускоряюшем зазоре. Для этого, например, (см.фиг. 2), катушку можно paaftiTb на две части 2 и 7, включенные навстречу друг другу, так, чтобы создаваемые ими магнитные поля складывались в ускоряющем зазоре диода и вычитались в остальном пространстве. Можно еще больше снизить индуктивность катушки, применяя магнитные поля постороннего источника при критической величине этого поля, т.е. при такой максимальной величине, когда электроны с катода еше попадают на анод. Схема ускорителя позволяет также получать параллельные пучки ионов, если катод и анод расположить у торца катушки так, чтобы их поверхности были перпендикулярны ее оси Предлагаемая схема ускорителя позволяет увеличить длительность иоНного тока, запереть электронный ток в диоде и устранить связанные с ним потери энергии. Кроме того, в схеме возможно применение источника питания практически с любьп внутренним сопротивлением. Формула изобретения 1.Сильноточный ускоритель ионов, содержащий импутгьсный источник питания, соединенный с диодом, анод которого покрыт материалом, содержащим элемент, ионы которого предполагается ускорять, отличающийся тем, что, с целью увеличения длительности ионного тока и уменьшения электронного тока, шунтирующего ионный, последовательно с диодом включена катушка для создания магнитного поля, соосная катоду и аноду. 2.Ускоритель по п. 1, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью усиления энергии, передаваемой от источника ионному пучку, катушка составлена из двух частей, включенных навстречу друг другу. Источники информашга, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 4364О6. кл. Н О J 3/04, 1974. 2.Pfivs,Rev. Lett , , 37, № 23, 1976, с. 1543-1546 (прототип).

-щ

7 b

(Put. 2