Ускоритель ионов Советский патент 1982 года по МПК H05H5/00 

1

Устройство относится к ускорительной технике и может быть использовано для получения пучков ионов с эиергией до нескольких МэВ, током до 100 кА и длительностью до 1 МНС.

Известен ускоритель ионов, который имеет малую длительность ионного тока, вызванную высокой скоростью движения катодной и анодной плазм вдоль магнитного иоля, нриводящая к быстрому замыканию ускоряюи:1,его зазора 1.

Бли/кайши.м техническим решением является ускоритель ионов {2, содержащий импульсный источник напряжения, соосные катод, анод и катушку внешнего магнитного поля. В таком диоде силовые линии магнитного ноля параллельны поверхностям электродов, ограничиваюш,им ускоряюш,ий зазор, благодаря чему затрудняется пересечеиие зазора электроиами и плазмой.

Недостатком такого ускорителя является то, что анодная плазма, эмиттирующая ионы, образуется тем не менее за счет бомбардировки поверхпости анода электроиами, пересекаюш,ими зазор поперек магнитного поля. Это приводит к ограничению длительности ионного тока, так как анодная плазма образуется благодаря частичному нарушению магнитной изоляиии. Начиная с некоторой величины рост магнитного поля приводит к уменьшению ионного тока, т. е. улучшение изоляции не только подавляет электронный ток, но н прнводит к уменьшению иоиного тока.

5 Целью изобретения является увеличение длптельпости ионного тока и уменьшение величины шунтируюш,его его электронного тока.

Для достижения указанной цели в ускорителе ионов, содержащем импульсный источник напряжения, соосные катод, анод и катушку виешнего магнитного поля, анод снабжен коллектором электронов, отделенным от источника напрял ения днэлектри15 ческой иоверхностью, являющейся эмиттером ионов, причем коллектор удалей от анода и соединен с диэлектрической поверхностью анода конусом пли стунеичатым цилиндром. Кроме того, катод снабжен коллектором ионов, соединенным с катодом через донолнительную катушку.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого ускорителя; lia фиг. 2 - схема ускорителя с автоматической регулировкой

25 нлотности анодиой плазмы.

Ускоритель содержит соосно расположенные катушку внешнего магнитного поля 1, катод 2, анод 3 с изолятором 4, коллектором электронов 5 и ступенчатым ци30 липдром (или конусом) 6, источинк импзльсного напряжения 7. При подаче напряжения между катодом 2 и анодом 3 с катода вдоль силовых линий магнитного поля на коллектор 5 проходит электронный пучок 8, величина которого определяется соотношением диа1метров катода 2 и цилиндра 6 и может быть сделана достаточно малой. Этот ток заряжает конденсатор, образованный анодом 3 и цилиндром 6, что приводит к пробою поверхцостн изолятора 4 (со стороны катода) и образованию анодной плазмы, с поверхности которой ионный пучок 9 ускоряется в сторону катода. Чтобы исключить расгииренис ионного пучка, эмиттирующая поверхность изолятора 4 сделана вогнутой.

Катод 2 (см. фиг. 2) может иметь коллектор ионов 10, соединенный с катодом через дополнительную катушку 11. В этом случае ток ионного пучка 9 попадает на коллектор 10 и, протекая по катушке 11, изменяет полол ение спловых линий результируюш,его магнитного поля. Электронный пучок 8, следуя вдоль измененных силовых линий, занимает положение 12 и перестает попадать на коллектор 5. Электронный ток прекращается, так как электроны колеблются вдоль силовых линий между катодом 2 н образовавшимся виртуальным катодом 13. Выделение энергии па эмиттируюш,ей поверхности изолятора 4 прекращается.

Изобретение позволяет увеличить длительность ионного пучка и уменьшить величину электронного тока, шунтирующего диод. Кроме того, улучшаются условия

транспортировки и фокусировки ионного пучка, так как исключается движение ионов поперек магнитного поли, приводящее к искривлению их траекторий.

Формула изобретения

1.Ускоритель ионов, содерл ащий импульсный источник напряжения, соосные катод, анод и катушку внешнего магнитного ноля, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения длительности ионного тока и уменьшения величины И1унтирующего его электронного тока, анод снабжен коллектором электронов, отделенным от источника напряжения диэлектрической ; оверхностью, являющейся эмиттером иопов, причем коллектор удален от апода и соединен с диэлектрической поверхностью анода конусом пли ступенчатым цилиндром.

2.Ускоритель но п. 1, отличающеес я тем, что катод сиабжен коллектором ионов, соединенным с катодом через дополнительную катуижу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Р. Humpries SS. Lee, R. N. Puolan Appl Phys Lett, 25, № 1 (1974) 20.

2.Ю. Л. Бакшасв, И. И. Блинов, Г. И. Долгачев, В. А. Скорюпин. Тезисы докладов IV Всесоюзной конференции но плазменным ускорителям и ионным инжекторам. Москва, 1978, 153 (прототип).