УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫВОДА ИМПУЛЬСНЫХ ПУЧКОВ УСКОРЕННЫХ ЧАСТИЦ Советский патент 1998 года по МПК H05H5/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано для вывода интенсивных пучков корпускулярных частиц из вакуума в газовую среду повышенного давления.

Известно устройство [1] , содержащее ускоритель электронов и расположенное на выходе из него отверстие, герметично перекрытое фольгой.

Известное устройство работает следующим образом. Источник электронов формирует электронный поток, который ускоряется в направлении фольги и приобретает энергию свыше 100 кэВ, благодаря чему обеспечивается достаточная прозрачность фольги для электронов. Электроны проходят через фольгу и выходят в газовую среду.

Недостатками известного устройства являются низкая механическая прочность фольги, необходимость ускорения электронов до высоких энергий для обеспечения достаточного токопрохождения, а также ограничение мощности выведенного тока вследствие разрушения фольги при тепловом воздействии электронного потока.

Кроме того, известное устройство непригодно для вывода ионных пучков в диапазоне малых и средних энергий ввиду низкой прозрачности фольги для медленных ионов.

Прототипом данного изобретения является устройство для вывода импульсных пучков ускоренных частиц [2] , содержащее импульсный источник ускоренных частиц и установленный на выходе из него ряд последовательно расположенных камер, каждая из которых имеет соосные входное и выходное отверстия для прохода пучка ускоренных частиц, и насосы автономной откачки.

Известное устройство работает следующим образом. Поток газа, поступающий в буферные камеры устройства под действием перепада давления, ограничивается отверстиями для вывода пучка и непрерывно откачивается вакуумными насосами. Таким образом создается ступенчатое уменьшение давления до величины, необходимой для работы ускорителя. Перепад давлений, создаваемый с помощью такого устройства, повышается при увеличении числа буферных камер или мощности откачных средств и понижается при увеличении диаметров отверстий в камерах.

Недостатком известного устройства является ограничение импульсной мощности выводимых пучков, обусловленное ограничением диаметра отверстий в камерах, так как увеличение диаметра отверстий в камерах, в свою очередь, приводит в необходимости увеличения мощности откачных средств для обеспечения требуемого перепада давления, что связано с увеличением энергетических и материальных затрат. Поэтому известное устройство может использоваться в основном при выводе тонких слаботочных пучков сравнительно небольшой мощности.

Целью данного изобретение является устранение указанного недостатка, т. е. повышение импульсной мощности выводимых пучков.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вывода импульсных пучков ускоренных частиц, содержащее импульсный источник ускоренных частиц и установленный на выходе из него ряд последовательно расположенных камер, каждая из которых имеет соосные входное и выходное отверстия для прохода пучка ускоренных частиц, и насосы автономной откачки, введены две ленты, выполненные из фольги, которые расположены внутри одной из камер перед ее входным и выходным отверстиями и установлены с возможностью синхронного с рабочими циклами импульсного источника перемещения относительно отверстий этой камеры, при этом материал и толщина фольги соответствуют условию прожига ее импульсным пучком ускоренных частиц.

На чертеже приведено предлагаемое устройство, общий вид.

Оно состоит из автономно откачиваемых камер 1 и 2 с соосными отверстиями 3 - 6, канала 7, расположенного между камерами 1 и 2, фольги 8, закрывающей отверстия 5 и 6 камеры 2. Фольга выполнена в виде ленты, способной перемещаться относительно отверстий 5 и 6 с подающих барабанов 9 на приемные 10. С помощью фланцев 11, укрепленных внутри камеры 2 и имеющих паз для протяжки ленты, фольга прижата к внутренним стенкам камеры, обеспечивая герметизацию камеры 2 от кюветы 12 с газом в местах отверстий 5 и 6. Перед входом в камеру 1 установлен источник 13 ускоренных частиц.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии отверстия 5 и 6 закрыты фольгой. При работе вакуум-насосов, откачивающих газ из камер 1 и 2, между кюветой 12 с газом и источником 13 частиц устанавливается перепад давления. Источник частиц включается после достижения в камере 1 давления, необходимого для его работы. Пучок частиц из источника 13 проходит канал 7, мгновенно прожигает фольгу против отверстий 5 и 6 камеры 2 и через образовавшиеся в фольге отверстия выходит в кювету 12 с газом. В течение времени прохождения импульса частиц газ из кюветы 12 под действием перепада давления проникает через отверстие 6 в камеру 2, где он расширяется. Центральная часть потока газа проходит через отверстие 5 в канал 7, а остальной газ откачивается из камеры 2 индивидуальным насосом. По каналу 7 газ движется со скоростью звука в направлении к источнику частиц. После прохождения передним фронтом газа канала 7 источник выключается. Тем временем непрерывно движущаяся фольга закрывает отверстия 5 и 6 камеры 2; насосы вновь откачивают газ из камер 1 и 2 до необходимого давления, после чего источник частиц готов для следующего включения.

Путем подбора соответствующей скорости движения фольги, формы и размеров канала, а также обеспечения импульсно-периодического режима работы источника обеспечивается вывод в газ электронных, ионных или молекулярных пучков.

Уменьшая количество газа в устройстве благодаря закрыванию отверстий для вывода фольгой в период отсутствия пучка, а также ограничивая каналом скорость движения потока газа, устраняют зависимость мощности выводимого пучка от размеров выводных отверстий, позволяя при имеющихся средствах откачки увеличить мощность выводимого пучка за счет величины тока и длительности его импульса.

Прожиг фольги, являющийся препятствием для увеличения мощности пучка в устройствах с выводом пучков через фольгу, в данном устройстве использован для открывания отверстий самим пучком.

Таким образом, в данном устройстве решена проблема зависимости диаметра и мощности выводимых пучков от размеров отверстий, что позволяет расширить возможности подобных устройств и выводить мощные сильноточные пучки достаточно большого сечения.

В комплексе с данным устройством может быть использован источник пучков любого типа. Например, при выводе электронных пучков исходя из потребности уменьшения перепада давления на устройстве и необходимости обеспечения стойкости катода источника к воздействию газа целесообразнее использовать источники с холодным катодом на основе высоковольтного тлеющего разряда, рабочий диапазон которых составляет 5 - 10 Па и более. Кроме того, в случае использования газоразрядного электронного источника объемный заряд электронного пучка в значительной степени компенсирован ионами, что позволяет обеспечить транспортировку пучка без его существенного расширения.

Устройство для вывода импульсных пучков ускоренных частиц, содержащее импульсный источник ускоренных частиц и установленный на выходе из него ряд последовательно расположенных камер, каждая из которых имеет соосные входное и выходное отверстия для прохода пучка ускоренных частиц, и насосы автономной откачки, отличающееся тем, что, с целью повышения импульсной мощности выводимых пучков, в устройство введены две ленты, выполненные из фольги, которые расположены внутри одной из камер перед ее входным и выходным отверстиями и установлены с возможностью синхронного с рабочими циклами импульсного источника перемещения относительно отверстий этой камеры, при этом материал и толщина фольги соответствуют условию прожига ее импульсным пучком ускоренных частиц.

Устройство для вывода импульсных пучков ускоренных частиц, содержащее импульсный источник ускоренных частиц и установленный на выходе из него ряд последовательно расположенных камер, каждая из которых имеет соосные входное и выходное отверстия для прохода пучка ускоренных частиц, и насосы автономной откачки, отличающееся тем, что, с целью повышения импульсной мощности выводимых пучков в устройство введены две ленты, выполненные из фольги, которые расположены внутри одной из камер перед ее входным и выходным отверстиями и установлены с возможностью синхронного с рабочими циклами импульсного источника перемещения относительно отверстий этой камеры, при этом материал и толщина фольги соответствуют условию прожига ее импульсным пучком ускоренных частиц.