? Opublikowano dnia 15 maja 1961 r.Hostb \\a \ POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 44533 KI. 21 g, 36 VEB Vakutronik#) Drezno, Niemiecka Republika Demokratyczna Duoplazmalronowe zródlo jonów z magnesem stalym i z naslawialnq pod¬ czas pracy wartosciq zageszczenia plazmy Patent trwa od dnia 2 lutego 1960 r.Wynalazek dotyczy udoskonalenia zródel jo¬ nowych, a w szczególnosci znanego ostatnio du- oplazmatronu jako zródla jonowego.Zródla jonowe sa stosowane w ogólnosci do wytworzenia strumienia jonów w urzadzeniach do uzyskiwania przyspieszen wzglednie magne¬ tycznych rozdzielaczy izotopów.Znane wykonanie pracuje przewaznie przy normalnych zageszczeniach plazmy. Czesciowo sa uzywane punktowe zródla jonów. Sa jed¬ nak takze zródla jonów, które elektroda od¬ sysajaca posiada szczeline o znacznie wzdluz¬ nym rozszerzeniu. Znane duoplazmatronowe zródla jonów, w podwójnym zageszczeniu plaz¬ my, osiagaja nadzwyczaj wysokie natezenia pradu, a tym samym wysoki wspólczynnik sprawnosci w stosunku do innych znanych wy¬ konan o jednostronnym zageszczeniu.*) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest inz. Heinz Werner.W znanym wykonaniu duoplazmatronu jako zródla jonowego podwójne zageszczenie plazmy osiaga sie przy pomocy niejednorodnego pola magnetycznego, magnetycznej soczewki nad- biegunnikowej. Cewka elektromagnesu wytwarza konieczny strumien magnetyczny. Rura kapi¬ larna w nabiegunniku elektromagnesu ma tak obliczona dlugosc, ze mechanizm wyladowania w zasiegu podwójnej warstwy plazmy nie jest zaklócany przez pola magnetyczne soczewki nabiegunnikowej. Praktycznie robi sie to w ten sposób, ze przy stalej, wybranej dlugosci rurki kapilarnej, wielkosc pradu w cewce elktroma- gnesu dobiera sie doswiadczalnie tak, aby osiagnac wlasnie najlepsze zageszczenie plaz¬ my przez niejednokrotne pole magnetyczne so¬ czewki nabiegunnikowej, bez zaklócnia podwój¬ nej warstwy pecherzyka.Duoplazmatron w nowszym wykonaniu po¬ siada zamiast cewki elektromagnesu magnes staly tak, ze odpada cala czesc elektrycznawzbudzanie cewek i utrzymania gó na stalym poziomie.Jednak odpada przyton, ^pozadana mozli¬ wosc regifl3cji.\ W Sl^l^c/s^biadanie takie¬ go zródla jonowego niezmiernie utrudnia wzglednie uniemozliwia nastawianie wartosci optymalnej, jak równiez cechowanie i zagad¬ nienie dopasowania.Obok tej zasadniczej wady znane wykonanie z magnesem stalym posiada jeszcze inne bra¬ ki. Tak wiec centryczne chlodzenie woda na- biegunnika magnetycznego, ze wzgledu na je¬ go duze obciazenie cieplne, umieszczone jest w materiale ferromagnetycznym, co w stoso¬ wanym, osiowo magnesowanym magnesie pier¬ scieniowym z manipermu powoduje silny zwrot¬ ny wplyw magnetyczny. Tylko znikomy ulamek wytworzonego calkowitego strumienia magne¬ tycznego jest do dyspozycji dla stworzenia nie¬ jednorodnego pola magnetycznego pomiedzy czynnymi nabiegunnikami. Zwalczanie tego zja- wisja zwrotnego przez zastosowanie materia¬ lów nie ferromagnetycznych natrafia na trud¬ nosci ze wzgledu na wymagania termiczne oraz zadana prostote technologii obróbki.Z drugiej strony, aby podczas dzialania zró¬ dla jonowego utrzymac konieczna róznice po¬ tencjalów elektrycznych pomiedzy nabiegun¬ nikami magnetycznymi rzedu okolo 102 vol- tów, konieczne jest dodanie szczeliny po¬ wietrznej, sluzacej do izolowania, która jeszcze bardziej zmniejsza natezenie pola magnetycz¬ nego w obrebie soczewki nabiegunnikowej, ob¬ nizonego juz uprzednio przez zjawisko zwrot¬ nego wplywu magnetycznego.W koncu, azeby utrzymac w dopuszczalnych granicach wystepujace w czasie pracy wyjat¬ kowo silne ogrzanie sie osiowo magnesowane^ go magnesu pierscieniowego i jednoczesnie uni¬ knac mozliwosci przekroczenia punktu Curie dla magnesu stalego, czyli 450PC, dodana jest druga szczelina powietrzna pomiedzy nabiegun¬ nikami i magnesem pierscieniowym, która rów- niez niekorzystnie zmniejsza osiagalne nate- " zenie pola w zasiegu soczewki nabiegunnikowej.Z powodu tych licznych szczelin powietrznych oslabiajacych calkowity strumien, których wiel¬ kosc jest tego rzedu, co czynna w soczewce nabiegunnikowej szczelina powietrzna, mozli¬ wosc nastawienia optymalnego przebiegu i wiel¬ kosci niejednorodnego pola magnetycznego w soczewce nabiegunnikowej, przy stosowaniu magnesu stalego, jest w ogóle watpliwa.Wady znanego urzadzenia powoduja, ze ko¬ nieczne i osiagalne natezenie pola magnetycz¬ nego w obrebie soczewki nabiegunnikowej nie dzialaja w pelni, wskutek czego zadane podwój¬ ne zageszczenie jest niedostateczne, przy czym nie mozna równiez osiagnac zadanej wielkosci pradu wiazki elektronowej oraz gestosci pradu "emisji. Zastepowanie magnesu stalego przez cewki magnesujace nalezaloby traktowac jako cofniecie sie w rozwoju technicznym.Zadaniem wynalazku jest usuniecie wszyst¬ kich braków istniejacych w znanych dotych¬ czas wykonaniach, co osiaga sie to w ten spo¬ sób, ze w dzialajacym obwodzie magnetycz¬ nym, w miejscu latwo z zewnatrz dostepnym, umieszczone sa boczniki i opory magnetyczne, które w czasie pracy mozna regulowac, a przy pomocy których mozna osiagnac dowolne war¬ tosci niejednorodnego pola magnetycznego w so¬ czewce nabiegunnikowej, w szczególnosci jego wartosc optymalna.Wedlug wynalazku mozliwym jest zastoso¬ wanie dogodniejszego wzdluz promienia ma¬ gnesowanego magnesu stalego, przy pominie¬ ciu dodatkowej szczeliny/ oslabiajacej niepo¬ trzebnie konieczny strumien pomiedzy nabie¬ gunnikami. Ten wzdluz promienia magnesowa¬ ny magnes staly wykonany jest jednoczesnie z materialu ceramicznego i ferromagnetycznego, co pozwala na wykorzystanie jego wlasnosci izolacyjnych. Odprowadzanie ciepla ksztaltuje sie równiez znacznie korzystniej. Wady wyni¬ kle z braku stosowanego dawniej elektroma¬ gnesu dla wytwarzania zadanego strumienia magnetycznego i zwiazana z tym mozliwoscia regulacji przez doplyw pradu moga byc usu¬ niete pomimo stosowania nie dajacego sie regu¬ lowac lub co najmniej utrudniajacego regu¬ lacje magnesu stalego, gdyz szeregowe i bocz¬ nikujace czlony umieszczone w obwodzie ma¬ gnetycznym pozwalaja na nastawienie optymal¬ nych warunków roboczych przy cechowaniu jak i przy pracy.Przyklad wykonania wedlug wynalazku uwi¬ doczniony jest na rysunku.Fig. 1 przedstawia znane dotychczas wyko¬ nanie urzadzenia, którego udoskonalenie jest celem tego wynalazku, fig. 2 — nowe wykona¬ nie urzadzenia wedlug wynalazku z nastawial- nym w czasie pracy bocznikiem magnetycz¬ nym, fig, 3 — nowe wykonanie wedlug wyna¬ lazku z nastawialnym w czasie pracy boczni¬ kiem glównym, fig. 5 — przekrój wzdluz linii A'— B wedlug fig. 2.Rysunki uwidoczniaja, ze udoskonalone we¬ dlug wynalazku duoplazmatronowe zródlo jo- — 2 —nów sklada sie z magnetycznej soczewki na- biegunnikowej z dwoma nabiegunnikami 1 i 4, jak równiez z ukladu 1 do chlodzenia woda na- biegunnika 1. Wykonanie z cewka magnetycz¬ na nie jest przedstawione. Wzbudzenie nastepu¬ je za pomoca magnesu stalego 3. Dotychczas stosowany jest magnes staly 3o namagnesowa¬ niu osiowym tak, aby przez uklad chlodzenia wodnego 2 powstawalo czesciowe bocznikowa¬ nie magnetyczne. Dalsze oslabienie zadanego strumienia magnetycznego miedzy riabiegunniT kami l i 4 powstaje za pomoca szczeliny po¬ wietrznej 5 i 6 (fig. 1). Wskutek tego do dy¬ spozycji jest tylko jeszcze nieznaczna czesc calkowicie wytwarzanego strumienia magne¬ tycznego dla wytworzenia niejednorodnego po¬ la magnetycznego miedzy czynnymi nabiegun¬ nikami. To bocznikowanie magnetyczne usuwa sie dlatego, ze dla ukladu chlodzenia wodnego uzywa sie material nie ferromagnetyczny. Wa¬ dy te zostana usuniete równiez przez zastoso¬ wanie promieniowo namagnesowanych magne¬ sów wedlug fig. 2 i 3, jak równiez przez wy¬ eliminowanie szczelin powietrznych 5 i 6 we¬ dlug fig. 1. Przez promieniowe namagnesowa¬ nie nabiegunników na fig. 2 i 3 osiaga sie, ze nabiegunnik 8< (fig. 1) moze byc usuniety, a wymagane t- zbocznikowanie magnesu stale¬ go 3 nastepuje poprzez sciane obudowy 9 (fig. 2, 3) bezposrednio do nabiegunnika 4. Takze moze byc usuniety drugi prawy nabiegunnik 10 (fig. 1).Zastosowane w konstrukcji urzadzenia róz¬ ne materialy sa oznaczona na rysunku przez odpowiednie kreskowanie.Wedlug wynalazku, zamiast uzywanego do¬ tychczas osiowo magnesowanego magnesu pier¬ scieniowego 3 (fig. 3) z manipermu stosuje sie taki sam magnes namagnesowany 3* (fig, 3) promieniowo. Dotychczasowy, $zkodliwy dla dzialania urzadzenia riaagnetyczny bocznik, któ¬ rym byl zelazny elejhent; chlodzenia wodnego 2 (fig. 1) wykonany jsst jako wewnetrzny pier¬ scien nabiegunnikowy przy nabiegunniku ma¬ gnesu 1 (fig. 1).Wedlug wynalazku, drugi nabiegunnik 4 (fig. 2 i 3), który stanowi wraz z nabiegunnikiem 1 (fig. 2 i 3) wlasciwa soczdwke nabiegunnikowa, wprowadzony jest dalej na zewnatrz w kie¬ runku promienia bieguna magnesu stalego bez potrzeby dodawania koniecznych dotychczas szczelin powietrznych, jak np. 5, 6 . . . , (fig. 1), natomiast konieczna elektryczna izolacja pomiedzy posiadajacymi rózne potencjaly na¬ biegunnikami 1 i 4 (fig. 2, 3) stworzona jest prz^z sam magnes staly, którego opór wlasciwy wynosi 108Q. Zbocznikowanie elektryczne spo¬ wodowane przez magnes w stosunku do opo¬ ru roboczego lezacego pomiedzy nabiegunnika¬ mi, wynoszace kilkaset omów, jest pod wzgle¬ dem elektrycznym bez znaczenia.Wedlug wynalazku maksymalne nawet ogrza¬ nie, które jednak lezy znacznie nizej od pun¬ ktu Curie dla materialu z którego wykonany jest magnes ograniczane jest przez to, ze do magnesu dotykaja tylko powierzchnie meta¬ lowe dostatecznie chlodzone woda lub powie¬ trzem albo materialy zle przewodzace cieplo (ceramiczne).Poza tym, poza czescia prózniowa zródla jo¬ nowego umieszczone sa dostepne z zewnatrz boczniki magnetycziTe 7 (fig. 2) albo równiez boczniki glówne (fig. 3), (lezace szeregowo w kie¬ runku glównego strumienia magnetycznego), które w przeciwienstwie do dotychczas stoso¬ wanego wykonania mozna tak nastawiac, ze niejednorodne pole wytwarzane przez soczew¬ ke nabiegunnikowa posiada wartosc optymal¬ na i nie wplywa zaklócajaco na przebieg wy¬ ladowania w pecherzyku plazmy.Dla utrzymania istniejacej róznicy potencja¬ lów pomiedzy nabiegunnikami 1 i 4 (fig. 2, 3) w przypadku stosowania materialu magnetycz¬ nego, niedostatecznie izolujacego, mozna umie¬ scic w boczniku niagnetycznym 7 (fig. 2) szcze¬ line powietrzna,* stanowiaca jednaj zaledwie ulamek wielkosci szczelin dotychczas stosowa¬ nych.Przez zastosowanie wymienionych srodków mozliwym jest utrzymanie magnesów pierscie¬ niowych o ksztalcie bardziej plaskim. W ten sposób przy zastosowaniu jedynie magnesu sta¬ lego mozna osiagnac taka gestosc emisji, jaka dotychczas uzyskiwalo sie tylko przy pomocy elektromagnesu.W razie potrzeby magnes staly moze byc za¬ stapiony w calosci lub czesciowo przez elek¬ tromagnes. To specjalne wykonanie stanowi przy tym urzadzenie podobne jak z magnesem stalym. W ten sposób wzrasta jeszcze bardziej mozliwosc regulacji i nastawiania zadanego pola magnetycznego.Dla dalszego zageszczenia czynnego nateze¬ nia pola moga byc zastosowane wielokrotne pola magnetyczne, pochodzace od elektroma¬ gnesu lub magnesu stalego, a jednoczesnie z ni¬ mi lub tez przy ich pominieciu równiez i pola elektryczne. — 3 - PL