Сильноточный ускоритель заряженных частиц Советский патент 1984 года по МПК H05H5/00 

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть применено для получения электронных или ионных пучков с энергией до 1-2 мэВ, током до 100-200 кА и длительностью несколько микросекунд. Известен ускоритель заряженных . частиц, содержащий импульсный источ ник питания и диод с магнитной изоляцией. Последний содержит коаксиальные катод, анод и катушку изолирующего магнитного поля Ij. Для обеспечения эмиссии и высокой плотности пучка заряженных частиц средняя напряженность в ускоряющем зазо ре,такого диода составляет 10 В/см. В результате ограни 1ивает ся длительность пучка, так как локальное нарушение магнитной изоляции приводит .к резкому увеличению энерговыделения в этом месте и зако ротке диода, Наиболее близким техническим ре шением к изобретению является сильноточный ускоритель заряженных частиц, содержащий импульсный источник напряжения, соосно расположенные ка тушку магнитного поля, катод и анод 23.В таком ускорителе локаль ное нарушение магнитной изоляции в диоде приводит к увеличению тока и, следовательно, к возрастанию изолирующего магнитного поля и снижению напряжения на диоде, т.е. к восстановлению изоляции. К недостаткам описанного ускорителя относится снижение напряжения на всем диоде, в результате локальной закоротки. Кроме того, так как через катушку идет весь ток диода, величина ее индуктивности (а следовательно, и величина создаваемого е магнитного поля )ограничена,, поскольку падение напряжения на ней UdJ/dt не может превышать напряжения источника. Ограничение величины магнитного поля приводит к огранйчеНИК) длительности импульса. Цель изобретения - увеличение Дли тельности получаемого пучка и бильности ускоряющего напряжения. Для достижения указанной цели в известном сильноточнсяи ускорителе за ряженных частиц, содержащем импульсный источник напряжения, соосно расположенные соленоид, катодный и анод ный электроды импульсного диода, соленоид и по крайней мере один из электродов выполнены секционированны ми, причем каждая секция электрода подключена к источнику напряжения че рез соответствующую секцию соленоида В этом случае локальное замыкание приводит к снижению напряжения только на одной секции электрода, возникающее при этом падение напряжения на соответствующей секции,катушки вызывает появление ЭДС на остальных секциях катушки и увеличени е напряжения; на остальных секциях электрода. Снижается энерговыделение Б месте локальной закоротки и, следовательно, увеличивается длительность пучка, На фиг.1 представленасхема ускорителя ионов; на фнг.2 - схема ускорителя электронов Ускоритель содержит импульсный источник питания 1, секции 2-4 катушки, соединяющие с источником 1 соответствующие секции 5-7 анода, и катод 8. Секции катушки связаны между собой индуктивно, создаваемые ими магнитные поля в ускоряющем зазоре имеют одинаковое направление вдоль оси диода. Ускоритель, представленный на фиг.1, работает следующим образом. При подаче напряжения на электроды диода в результате взрывной эмиссии электронов с катода 8 на секции анода идет .электронный ток, под действием которого создается.анодная плазма, эмиттируюиея ионы. Одновременно создается изолирующее магнитное поле. С ростом тока и, следовательно. Магнитного поля электронный ток будет запираться, ионный - расти. Если в результате расширения приэлектродной плазмы одна из секций ано- . да, с;екция 5, окажется замкнутой с катодом, в цепи этой секции пойдет нарастдющий ток, так что (1,(.+ Ц)-зт 6 индуктивность секции катушки; L. - индуктивность источника; g - ЭДС источника; Зо. скорость роста тока в рассматриваемой секции катушки. Напряжение на зазоре катод 8 - секция 5 упадет, и энерговыделение на этих электродах уменьшится. Одновременно начнет увеличиваться изолирующее магнитное поле. ЭДС, наведенная в остальных секциях 3,4 катушки за счет индуктивной связи с секцией 2 к тушки, 5СЛОЖИТСЯ с напряжением источника и скомпенсирует падение НагГряжения, вызванное замыканкем секции 5 анода. Компенсация будет полной, если Ui ьАЛд, тогда Цо13с/Л Мсо13с,/(1 где Мр - коэффициент взаимоиндукции между секциями.-Таким образом, в ускоряющем зазоре секции 5 происходит восстановление магнитной изоляции, при этом ускоряющее напряжение на остальных секциях практически оста-, ется неизменным. Аналогичным образсм происходит восстановление магнитной изоляции и стабилизация ускоряю щего напряжения в ускорителе электронов, представленном на фиг.2, с той толг ко разницей, что секции катушки имеют между собой не трансформаторную, а автотрансформаторную связь. При подаче напряжения от источника электроны с катода 8 попадают сначала на секцию 5 анода и по , секции 2 KaTSTHKH начинает протекать ток. Возникающее при этом магнитное поле, а также увеличение напряжен1$я ,на sdex секциях анода по сравнений с напряжением на секцй 2 приводит к отклонению электронов и попаданию их на следующую секцию 6 анода,-с которой, в результате аналогичных процессов ток переходит на следующую секцию и т.д., пока ток не начнет Попадать на последнюю секцию 7 анода. Замыкание катода 8 на одну из секций анода приводит к развитию опи санного процесса начиная с этой секции,,

В обоих рассмотренных схемах наряду с катушками, включенными последовательно с источником 1, питающим диод, может применяться еще и катушка с автономным питанием как в ;,о5ычном диоде с .магнитной изоля:цией. Для более точной локализации места нарушения магнитной изоляции второй электрод диода может йлть также разбит на секции, соединенные с источником через секционированную катушку. При этом магнитные поля, создаваемое каждой из катушек.в ускоряющем зазоре, должны иметь одина ковое направление.

Таким образом увеличивается длительность получаемого пучка ускоренных частиц в результате самовосстановления магнитной изоляции и стабилизируется ускоряющее напряжение в течение импульса.

СИЛЬНОТОЧНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий импульсный источник напряжения, соос- но расположенные соленоид, катодный и анодный электроды импульсного диода , о т л и ч а ю щ и. и с я тем, что/ с целью увеличения длительности получаемого пучка ускоренных частиц и стабилизации ускоряющего напряжения, соленоид и по крайней мере один из электродов выполнены секционированными, причем каждая секция электрода подключена к источ- ни1су напряжения через соответствую-' щую секцию соленоида.•^со•Ч! Слоо о

iLlA

О О

000 Ч

о о1 о о о (о о о о/о о т65

Фиг.г