Ионная пушка Советский патент 1983 года по МПК H01J27/04 

Изобретение относится к ускорнтельной технике и может быть испол зовано для получения сильноточных ионных пучков. Известны Ионные пушки для генерации сильноточного ионного пучка, содержащие соленоид, внутри которого расположены катод и анодный б составляющие- отражательный тетрод. В анодный блок входит водородсодер Жсццая пленка, прозрачная для элект нов и используемая для образования плазмы, из которой вытягиваются ус коряемые ионы Г . Недостатком известных пушек является возможность ускорения тольк ионов водорода и малая долговечнос анодного блоке. Ближайшим техническим решением является ионная пушка на основе от ражательного тетрода,содержащая анод катод и охватывающий их соленоид 2 В известной пушке анод выполнен в виде массивного анодного блока, составленного из двух металлических пластин с заключенной между ними прокладкой из водородсодержащего материала, в металлических пластинах и водородсодержащеи прокладке выполнены сквозные отверстия таким образом, что водородсодержащая про . кладка эквидистантно выступает за края отверстийв металлических пла тинах, причем в прокладке со сторо отверстий радиально установлены ме таллические иглы. На катоде выполнены выступы, обращенные к аноду,с отверстиями, совпадающими по форме и расположению с отверстиями в аноде. Такая конструкция обладает более высоким ресурсом. Недостатком известного устройст является невозможность ускорения каких-либо других ионов, кроме ионо водорода. ЦелЬЮ изобретения является расширение круга рабочих веществ. Эта цель достигается тем, что в известную ионную пушку на основе отражательного тетрода,-содержащую анод, катод и охватывающий их соленоид, введена система импульсной подачи газа, анод выполнен в виде трубчатого газораспределителя, в стенке которого в плоскости, параллельной поверхности катода, располо жены каналы в виде сопел Лаваля, а система импульсной подачи газа соединена с анодом трубопроводом. На фиг.1 схематически показана ионная пушка со схемами питания; на фиг.2 - горизонтальный разрез пушки. Ионная пушка, содержит соленоид 1 внутри него помещен отражательный триод, состоящий из заземленного ка тода 2 и анода 3, выполненного .в виде трубчатого, например тороидального, газораспределителя, при- . соединенного к высоковольтному вводу 4 . В газораспределителе имеется система каналов в виде сопел Лаваля 5, направленных к оси коллектора так, что их оси лежат в плоскости, параллельной поверхности катода фиг.2 . Источником высокого напряжения является генератор 6. Источником газа или пара для пушки является система импульсной подачи, содержащая.; объем 7 с газом или паром, соединенный через импульсный клапан 8, подводящий трубопровод 9, полый высоковольтный ввод 4 с коллектором анода 3. Ионная пушка работает следующим образом. Соленоид 1 создает продольное магнитное поле.. Затем срабатывает импульсный клапан 8, и газ или пар из объема 7 выбрасываются в вакуумированный подводящий трубопровод 9, соединеннь1й с анодом 3 в виде газораспределителя через высоковольтный ввод 4. Возможность работы пушки обеспечивается тем, что характерное время процессов газового расширения составляет десятки микросекунд так же, как и время срабатывания импульсных газовых, источников, а время срабатывания ускорителя и, соответственно, формирования пучка ионов составляет десятки наносекунд. Вследствие этого газ является замороженным по отношению к процессу ускорения. Газ с резким скачком давления на переднем фронте распространяется по направлению к соплам 5. Полый высоковольтный ввод 4 служит в этом случае в качестве ударной .. трубы. Дойдя до системы сопел 5,газ выбрасывается внутрь анода 3 к его центру. Сопла Лаваля 5 обеспечивают направленность струй таким образом, что внутри анода создается плоский поток газа. В момент, когда газ доходит до центра и таким образом перекрывает всю плоскость анода, на него подается импульс высокого положительного напряжения от генератора 6. Поскольку газовое прианодное образование невелико по толщине, она не попадает в зазор анодкатод и импеданс зазора сохраняется, а вакуумная изоляция анода от стенок пушки не нарушается. Под действием ускоряющего поля внутри анода с катода формируется пучок ускоренных электронов. .Потерям электронов на анод препятствует продольное магнитное поле, а также то, что проходное сечение анода больше катода и сечения электронного пучка. Электроны совершают колебания между катодом и виртуальным катодом,мно- . гократно проходят через газовый слой анода. При этом газ ионизируется. Кроме того, во время нарастани импульса напряжения на его фронте происходит пробой по поверхности газа/ что также приводит к созданию плаэ1лы. Поскольку .к аноду приложено положительное напрязкение, происходит ускорение ионов, входящих в состав инжектированного газа. Ионная пушка подсоединяется к генератору б, вьшолненному, например, на двойной формирующей линии (ДФЛ) . Анод 3 подсоединяется к внутренней обкладке линии. При этом подводя щий трубопровод 9 может выполнять функции зарядной индуктивности, если его выполнить в виде спирали, оди конец которой заземлен. Для выполнения функции электрического изолятора зарядная индуктив ность должна иметь сопротивление р , где р -волновое сопротив ление линии. Обычно р 10-20 Ом Отсюда следует, что спираль должна иметь три витка дааметром см, что укладывается в габариты имеющихся установок.. Режим ударной трубы в спирали будет выполняться при толщине трубки 3 - 2 см. Этот размер подходит для толщины высоковольтного ввода 4 и. высоты коллектора анода 3. Диаметр сопел при это .может составлять несколько миллиметро После запуска соленоида 1, создающего продольное магнитное поле в пушке, в момен.т достижения полем максимального значения через несколь ко миллисекунд срабатывает импульсный газовый клапан 3. Газ по трубчатой зарядной индуктивности, совмещающей в данном случае функции ударрой трубы - газопровода, зарядного сопротивления ускорителя, через несколько десятков микросекунд достигает системы сопел 5. В момент, когда истекающий из сопел газ заполняет внутренность анода 3, срабатывает генератор б. На анод подается наносекундный импульс напряжения. В дальнейшем работа пушки не отличается от работы известных пушек такого типа. После ркончанил процесса ускорения газ, находящийся в прианодной области и в подводящих трубках, распространяется в объем пушки и откачивается вакуумным насосом. После откачки пушка готова для нового срабатывания. Данная пушка не содержит каких-либо из нашиваквдихся элементов (как в случае пленочных анодов, например), поэтому ее ресурс быть очень высок. Изобретение позволяет расширить круг рабочих веществ и получать ионы элементов, входящих в состав газообразных и парообразных веществ.

ИОННАЯ ПУШКА на основе отражательного тетрода, содержащая анод, катод и охватывающий их соленоид, отличающаяся тем, что, с целью расширения круга рабочих веществ, в нее введена система импульсной подачи газа, выполнен в виде трубчатого газораспределителя, в стенке которого в плоскости, параллельной поверхности катода, расположены каналы в виде сопел Лаваля, а система импульсной подачи газа соединена с анодом трубопроводом . со 00 00