Способ получения ионов высокой зарядности Советский патент 1983 года по МПК H01J3/04 

( СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОНОВ ВЫСОКОЙ ЗАРЯДИОСТИ

Изобретение относится к области атомной спектроскопии, а именно к источникам многозарядных ионов, и может быть использовано для спектроскопии ионов высокой зарядности, а также для изучения эле.ктронных столкновений при больших энергиях электронов и ион-ионных столкновений. В известных способах 11 2 3 3 3 многозарядные ионы получают путем последовательной ионизации нейт ральных атомов электронным и удерживают внутри пучка его собст венным пространственным зарядом. Большое время удержания ионов в пучке, необходимое для получения высокой зарядности, обеспечивает в способе Г1j при пропускании в газ прямолинейного пучка электронов бол шой длительности. Е способе 2 длительно удержива кольцевой электронный пучок с ионам при специальном изменении во времени магнитного поля, которое создают электромагнитом с железным сердечником. Получение многозарядных ионов осуществляется также в коллективном ускорителе ионов 3j способом, включающим формирование релятивистких электронных колец и их сжатие в нарастающем во времени магнитном поле, создаваемом таковыми катушками, и инжекцию нейтральных атомов в сжатое кольцо. Рост магнитного поля на орбите электронного кольца обеспечивается последовательным во времени включением отдельных цепей - ступеней сжатия, состоящих из предварительно заряженных емкостей и пар безжелезных токовых катушек. 8 объем электронного кольца попадают нейтралы из остаточного газа в камере или из специально пропускаемой газовой струи. Ионизация происходит в основном внутри сжатого кольца за счет электронно-ионных столкновений. 3 Недостаток способа связан с тем МТС электронное кольцо вместе с захваченными ионами не удается удерживать в сжатом состоянии продолжительное время (более 1 мс), и ионы высокой зарядности не успевают обра зоваться. Реальное время удержания в данном способе можно увеличить не более, чем в 2-3 раза за счет увеличения емкости или индуктивноети катушек в последней по счету сту пени сжатия. Цель изобретения - получение ион высокой зарядности за счет длительного удержания электронного кольца в сжатом состоянии, В предлагаемом способе цель.дост гается тем, что медленно уменьшают индукцию магнитного.поля путем закорачивания токовых катушек и при этом последние охлаждают до температуры, обеспечивающей примерное равенство декрементов затухания маг нитного поля и уменьшения радиуса кольца. Для эффективной ионизации плотность электронов в кольце должна быть достаточно высокой на протяжении всего времени его существования в сжатом состоянии. Кроме того, из соображений удобств проводимых экспериментов желательно сохранят ь постоянным средний радиус кольца. Сре ний радиус кольца без учета потерь энергии электронов на синхротронное излучение возрастает при уменьшении индукции магнитного поля обратно пропорционального квадратному корню из индукции. Само магнитное поле зашунтированных катушек уменьшается во времени с декрементом, равным L/RCT) , где L - индуктивность катушек, R(T) их сопротивление, которое вносит главный вклад в омическое сопротивление все цепи, Т - температура катушек. Для катушек заданной формы, величина L/R зависит от начального удельного сопротивления материала катушки а не от сопротивления катушки или числа ее витков. Увеличение времени затухания магнитного поля достигает ся при охлаждении катушек за счет уменьшения удельного сопротивления материала. За счет некогерентного синхротр ного излучения кольцо сжимается по радиусу. Характерное время сжатия определяется декрементом, примерно равным 5,6.10 /г , где г(см) - радиус электронного кольца, - релятивисткий фактор вращения электронов. Условие постоянства радиуса кольца во времени можно записать как R(T x90-|t-L. В результате совместного действия излучения и спадающего в времени магнитного поля, создаваемого охлажденными до необходимой температуры катушками, изменение среднего радиуса кольца можно сделать несущественным в интервале времени 100 мс. При этом возможны такие условия, когда малые размеры кольца будут даже уменьшаться за счет синхротронного излучения. Таким образом, объем кольца сохраняется примерно постоянным в течение длительного времени спада магнитного поля, что позволяет производить глубокую ионизацию атомов, средних в Периодической таблице Д.И. Менделеева и тяжелых, вплоть до урана. На фиг. 1 показана установка для реализации предлагаемого способа. Установка содержит камеру 1 адгезатора (компрессора), токовые катушки 2 последней ступени сжатия, электронно-ионное кольцо 3, источник тока ИТ с коммутаторами, криогенную систему КС. Возможная электрическая схема цепи последней ступени сжатия показана на фиг. 2. Схема работает следующим образом. Емкость заряжают от источника высокого напряжения через сопротивление RaQp . затем еще она разряжается через управляемый коммутатор по цепи L, L.L и Fl R индуктивности и сопротивления первой и второй катушек, и +1.-+2L - общее сопротивление и индуктивность цепи, L - взаимная индуктивность катушек). После достижения в момент времени t в цепи значения тока, близкого к максимальному, включают коммутатор К2 шунтирующий запасенный в индуктивности LT-QK который затем циркулирует в цепи шунтировки до полного затухания. Вкачестве коммутатора тока можно использовать, например, тиристоры. Формула изобретения Способ получения ионов высокой зарядности, включающий формирование релятивистских электронных колец и их сжатие в нарастающем во времени магнитном поле, создаваемом токо выми катушками, и инжекцию нейтраль ных атомов в сжатое кольцо, о т л и чающийся тем, что, с целью увеличения зарядности ионов, медлен но уменьшают индукцию магнитного по ля путем закорачивания токовых кату шек и при этом последние охлаждают до температуры, обеспечивающей равенство декрементов затухания магk«нитного ПОЛЯ и уменьшения радиуса кольца. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР Vf , кл. Н 01 J З/О, 1968. 2. Труды IY Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц, I, Наука М., 1975, с. 109. 3. Саранцев В.П., Перельштейн Э.А, Коллективный ускоритель тяжелых ионов ОИЯИ, 1977, с. (прототип).