Ионная пушка Советский патент 1982 года по МПК H05H5/02 H01J27/02 

(54) ИОННАЯ ПУШКА

Изобретение относится к ускорительной технике и может найти применение для генерации сильноточных ионных пучков высокой плотности (10 А/смМ .

Известно устройство для получения сильноточных ионных пучков, в котором электроны, эмитируемые плоским катодом, осциллируют в электрическс поле анод - катодного (А-К) зазора, многократно проходят через тонкий анод и разогревают его. Образующаяся на его поверхности плазма служит источником ионоа, вытягиваемых в сторону реаль-ного катода и виртуального катода, формируемого пространственным электронНБМ зарядом со стороны, противополokнoй катоду. Ионы, вытягиваемые в сторону виртуального катода, формируют ионный пучок 1.

Недостатке этого устройства является .низкая плотность генерируемого ионного пучка, обусловленная большой площадью пучка, и его расходимость вследствие конечной температуры г.генерирующей его плазмы.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее цилиндрические, коаксиально расположенные, внешний соленоид для создания ведущего магнитного поля, приводящий корпус и внутренний полый анод, на торцовой стороне которого укреплена тонкая водородсодержащая пленка, плоский сетчатый катод, установленный параллельно пленке ; внутри корпуса и электрически соединенный с ним. При подаче на анод им10пульса напряжения положительной полярности электроны, эмитируемые с катода, ускоряются в сторону анода и, проходя тонкую водородсодержащупленку, попадают внутрь полого анода.

15 Ведущее аксиальное магнитное поле не позволяет электронам попасть на стенки анода и внутри него формируется виртуальный катод. Электроны, отражаясь от виртуального и реально20го катодов, совершалт многократные колебания чеоез водородсодержащую пленку, при этом разох-ревают ее и формируют на ее поверхности плазму, служащую источником ионов, которые

25 ускоряются в сторону виртуального и реального катодов. Ионы, ускоряемые в сторону виртуального катода, не .Нс1гружают ионную пушку (ИП) , так как опять попадаиот на анод с нулевыми скоростями. Ионы, ускоряемые

в сторону реального катода, образуют пучок 2 .

Недостатком известного устройства является низкая плотность генерируемого ионного пучка, обусловленая его большой площадью и расходимостью.

Цель изобретения - увеличение плотности тока ионного пучка.

Цель достигается тем, что в пушк введен проводящий цилиндр, укрепленный на противоположной аноду стороне катода, соединенный по окружности одного торца с катодом, и внешний источник тока, с отрицательным полюсом которого соединен другой торец цилиндра, а положительный полюс соединен с корпусом пушки, при этом водороде держащая пленка выполнена в виде кольца, расположенного напротив кольцевого зазора между проводящим цилиндром и корпусом.

При таком выполнении ионной пушки кольцевой ионный пучок после прохождения катода попадает в азимуталное магнитное поле, создаваемое током протекающим по цилиндру, и при движении вдоль цилиндра пучок испытывает отклонение к оси, т.е. происходит фокусировка кольцевого ионного пучка.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

Схема состоит из цилиндрических, коаксиально расположенных внешнего соленоида 1, приводящего корпуса. 2, внутреннего полого анода 3. На торце анода 3 укреплена тонкая водородсодержащая пленка 4, выполненная в виде кольца. /Параллельно пленке 4 установлен плоский сетчатый катод 5, на котором укреплен проводящий цилиндр б, подсоединенный к отрицательному полюсу внешнего источника тока 7, положительный полюс которого соединен с корпусом 2

Устройство работает следующим образом.

Соленоид 1 создает медленное аксиальное магнитное поле, проникающее сквозь материалы ионной пушки. Спустя определенное время к цилиидру 6 подключается источник тока 7 и создается импульсное азимутальное магнитное поле, ограниченное ци- линдром 6, корпусом 2 и катодом 5 При достижении требуемого значения магнитного поля на анод 3 подается напряжение положительной полярности. Электроны, эмитируемые с катода 5, многократно проходя через пленку 4, образуют на ее поверхности пленку, служащую источником ионов. Ионы, ускоряясь в анод - катодном зазоре, проходят через сетчатый катод 5 и попадают в сильное азимутальное магнитное поле, создаваемое током, протекающим по цилиндру 6. Дрейфуя в этом поле, ионы испытывают отклонение от оси, т.е. происходит фокусировка ионного пучка. Достижимая степень фокусировки зависит от энергии ионного пучка и его геометрических размеров, углового разброса ионов, величины магнитного фокусирующего поля, природы ионов и геометрии пушки. Зависимости поведения ионов хорошо известны, как и методы вычисления требуемых характеристик. Меняя величину длины внутреннего цилиндра и тока, протекающего по нему, можно на заданном расстоянии от катода получить фокальное пятно ионов, минимальные размеры которого определяются тепловыми скоростями ионов на аноде.

Формула изобретения

Ионная пушка, содержащая цилиндрические, коаксиально расположенные

Q внешний соленоид, приводящий корпус И внутренний полый анод, на торцовой стороне которого укреплена водородсодержащая пленка, плоский сетчатый катод, установленный па раллельно пленке внутри корпуса и электрически соединенный с ним, отличающаяся тем, что, с целью увеличения плотности ионного тока, в пушку введен проводящий цилиндр, укрепленный на противоположной ано;цу стороне катода и соединенный по окружности одного торца с катодом, и внешний источник тока, с отрицательньвч полюсом которого соединен торец цилиндра, а

5 положительный полюс соединён с корпусом пушки, при этом водородсодержащая пленка выполнена в виде кольца, расположенного напротив кольцевого зазора между проводящим цилиндром и корпусом пушки.

Источники информации, принтые во внимание при экспертизе

5 R N.Sudan. Аррб Phys. Zett, v. 25, p. 20, 1974.

2.7.A.Pasour, R.A.Mahaffey, C.A.Kapetanakosi NRL Memorandum Report, 4103, October 18,1979 (прототип) .