PL45184B1 - - Google Patents

Description

Znane sa zródla jonów i elektronów, szcze¬ gólnie do generatorów van de Graaffa o 2 MeV przy których mozna przejsc z jednego na dru¬ gi rodzaj nosnika ladunków przez proste prze¬ laczenie. Te znane zródla jonów i elektronów maja jednak (szczególnie pracujac jako zród¬ la jonów) niewlasciwy stosunek jonów atomo¬ wych do jonów czasteczkowych oraz zbyt ma¬ la sprawnosc.Te wady znanych zródel jonów i elektro¬ nów zostaly wedlug wynalazku usuniete w ten sposób, ze zródlo nosnika ladunków, stosow¬ nie do kazdorazowej biegunowosci pola przy¬ spieszajacego, dostarcza elektrony lub jony o tym samym natezeniu pradu, przy czym przy obu rodzajach pracy gestosc pradu emisji osiaga duze wartosci za pomoca niejednorod¬ nego pola magnetycznego niesymetrycznej magnetycznej soczewki nabiegunnikowej, a *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest Manfred von Ardenne. katoda zródla nosnika ladunków jest umie¬ szczona w wywierconym otworze jednego na- biegunnika, natomiast otwór emisyjny wyko¬ nany jest jako wasko wywiercony otwór w innym nabiegunniku.Wedlug wynalazku rura przyspieszajaca ge¬ neratora napromieniowana zostaje osiowo pra¬ dem emisyjnym z jonów wodorowych o na¬ tezeniu 250p A lub po zamknieciu doplywu w stanie gazowym i prostym przelaczeniu, elektronowym pradem emisyjnym równiez o natezeniu 250(iA. Przy obu sposobach pracy pobór mocy przez zródlo utrzymuje sie na bardzo niskim poziomie, a jednoczesnie za¬ pewnione jest wystarczajace chlodzenie zród¬ la. Podczas pracy zródla jonów istnieje wlas¬ ciwy stosunek ilosci jonów atomowych do ilosci jonów czasteczkowych (okolo 0,6). Spraw¬ nosc wynosi t| = 0,02. W ten sposób przy war¬ tosci calkowitego pradu jonowego Ib = 250 (iA nie zostaje przekroczona wartosc Qg = 2,5 10-* tor • 1.S-1 pradu obojetnych czastek gazuodplywajacego z przestrzeni, gdzie nastepuja wyladowania, poprzez otwór emisyjny.Przy z góry zalozonej wartosci przeplywu rury przyspieszajacej promieniowanie w ukla¬ dzie van de Graaffa wynoszacej L = 35 1 • s-1, oraz za pomoca olejowej pompy dyfuzyjnej, przewidzianej do wytwarzania prózni z pred¬ koscia Sp = 100 1 • s-1, mozna utrzymac w przestrzeni pierwszego stopnia przyspieszaja¬ cego, przed otworem emisyjnym, próznie o SRcff- = 25 • 1 • s-1, która jest lepsza niz 10-4 torów i zabezpiecza rure przyspieszajaca przed przebiciem. Doplyw wodoru w stanie gazowym do przestrzeni gdzie zachodza wyladowania, nastepuje poprzez ogrzewana rure palladowa.Na rysunku fig. 1 przedstawia system pow¬ stawania wyladowan w zródle jonowo-elek- tronowym, fig. 2 — przekrój zródla jonowo^ elektronowego, a fig. 2 — przekrój poprzeczny zródla jonowo-elektronowego na wysokosci anody Na fig. 1 uwidoczniony jest system powsta¬ wania wyladowan w zródle przy emisji jo¬ nów lub elektronów, w polaczeniu z ukladem elektrycznym wedlug wynalazku. W przeci¬ wienstwie do znanych zródel, nie stosuje sie tu jednorodnego pola magnetycznego, iecz pole magnetyczne w silnym stopniu niejednorodne,' które powoduje, ze elektrony emitowane przez katode 1 o duzej powierzchni oraz elektrony plazmy, w bezposredniej przestrzeni przed otworem emisyjnym 2 o srednicy np. 0,6 mm, sa skoncentrowane w bardzo malym przekro¬ ju (polozenie przelacznika I dla pracy przy uzyciu jonów). Niejednorodne pole magnetyczne jest wytwarzane za pomoca magnesu trwale¬ go 3, np. ze stopu alnico oraz uwidocznionego ukladu nabiegunników 4 i 5. Nabiegunnik 5 stanowi jednoczesnie elektrode sondujaca. Ka¬ toda 1 o duzej powierzchni, np. katoda z dru¬ tu wolframowego, jest umieszczona we wne¬ trzu otworu nabiegunnika magnetycznego 4.Jako anoda, gdzie zachodza wyladowania, slu¬ zy wedlug wynalazku anoda 6 w formie pusz¬ ki uksztaltowana tak na podstawie licznych pomiarów. Pomiedzy anoda 6 a elektroda son¬ dujaca 5 z otworem emisyjnym 2, jest zala¬ czona 10 woltowa róznica potencjalów. W ten sposób w przestrzeni 9 bezposrednio przed otworem emisyjnym 2 gdzie zachodza wyla¬ dowania, plazma uzyskuje ujemny gradient potencjalu, który wsysa dodatnie jony plaz¬ my do otworu emisyjnego 2. W tych warun¬ kach zgodnych z wynalazkiem wydajnosc pradu jonowego, a tym samym i sprawnosc, zostaja poprawione o wspólczynnik 1,7. Wiel¬ kosc otworu emisyjnego 2 jest tak dobrana, ze przy normalnie zachodzacym wyladowaniu dostarczany jest calkowicie prad emisji jono¬ wej o natezeniu Ib = 250|iA. Przy przelozeniu przelacznika w polozenie dla emisji elektro¬ nów (polozenie II) podwyzszone zostaje napie¬ cie zródla pradu 14 dla anody, przy jedno¬ czesnym obnizeniu natezenia zarzenia katody, oraz przerwany doplyw wodoru w stanie ga¬ zowym do przestrzeni 9 gdzie nastepuja wy¬ ladowania, przez otwarcie obwodu podgrze¬ wajacego rure palladowa, przy czym powoduje sie powstanie prózni w przestrzeni 9, przez otwarcie zaworu 10 do rury przyspieszajacej 11 dolaczonej do pompy dyfuzyjnej- W miej¬ sce wyladowan zachodzacych w gazie, wywo¬ lanym przez rozzarzona katode, wystepuje te¬ raz wylacznie strumien elektronów na drodze od katody 1 do elektrody sondujacej 5 zao¬ patrzonej w otwór emisyjny 2. Przez odpo¬ wiednie uksztaltowanie puszki anody 6 (gdzie zachodza wyladowania), która od strony zwró¬ conej do katody 1, ma cylinder 13 (fig. 2) siegajacy az do samej prawie powierzchni ka¬ tody 1, oraz przez dzialanie omawianego juz niejednorodnego pola magnetycznego, mozna osiagnac to, ze przy odpowiednim doborze napiecia zródla pradu anodowego 14 (prad ograniczajacy ladunek przestrzenny), prad elektronowy przechodzacy przez otwór emi¬ syjny 2 bedzie wykazywal wartosc 250jiA.Obnizenie temperatury katody przez np. wla¬ czenie dodatkowego opornika 15 w obwód zarzenia, sluzy wedlug wynalazku do osiagnie¬ cia mozliwie dlugiego okresu trwalosci kato¬ dy. Czesc 25 na fig. 3 przedstawia przylacze do anody 6, a czesc 29 na fig. 2 wymienny wklad katody. Cyfra 30 oznaczona jest rurka ceramiczna izolujaca przewód przed zwar¬ ciem napiecia i przed przegrzaniem, a cyfra 31 oznaczony jest izolator.Wykonanie konstrukcyjne zródla jonowo- elektronowego wedlug wynalazku wynika z obu przekrojów, uwidocznionych na fig. 2 i 3.Dla namagnesowania magnesu trwalego 3, wykonanego np. ze stopu alnico, w zródle we¬ dlug wynalazku sluzy uwidocznione uzwoje¬ nie pomocnicze 16 skladajace sie np. z 150 zwojów drutu miedzianego o srednicy 1,4 mm (impulsy pradowe do 500 A).Kanal prózniowy 12, potrzebny do wytwa¬ rzania prózni w przestrzeni 9, w której za- — 3chodza wyladowania, mozna otwierac albo za¬ mykac za pomoca zaworu magnetycznego 17.Uzwojenie 18 jest przeznaczone dla zaworu magnetycznego. Kanal 12, czynny przy wy¬ twarzaniu prózni, jest stale otwarty w czasie pracy urzadzenia jako zródla elektronów, na¬ tomiast — urzadzenia jako zródla jonów, jest otwarty tylko na poczatku, w okresie czasu potrzebnym do odgazowania zródla, hp. .przy rozzarzonej katodzie 1 do 5 godzin, stosownie do czasu trwania oplywu gazu i wieku katody.Po zakonczeniu okresu odgazowania kanal 12 zostaje zamkniety za pomoca zaworu magne¬ tycznego 17, a uruchomiony zostaje kanal do¬ plywowy 7 wodoru w stanie gazowym za po¬ moca grzejnika 8 rury palladowej 19. Nalezy równiez troszczyc sie o wlasciwe chlodzenie szczególnie podczas pracy zródla jonów, kiedy pobór mocy przez zródlo wzrasta prawie do 300 W. To chlodzenie nastepuje wedlug wy¬ nalazku, za pomoca uwidocznionych zeber chlodzacych 20, oraz przez cisnienie gazu po¬ wodowane dmuchawa (napedzana tasma nie uwidoczniona na rysunku), która jest wbu¬ dowana w elektrode wysokonapieciowa- To chlodzenie jest wystarczajace, gdyz w zbiorni¬ ku panuje wysokie cisnienie gazu. Otwory wplywowy i wyplywowy dla gazu chlodzace¬ go sa oznaczone cyframi 23 i 24. Wbudowane w zródlo i w elektrode ssaca 21 ekrany olo¬ wiane 22 sluza do oslabienia dzialania pro¬ mieni rentgenowskich, które powstaja podczas pracy urzadzenia jako zródla jonów przez uboczne, zwrotne prady elektronowe w prze¬ strzeni otworu emisyjnego 2 elektrody son¬ dujacej 5.Przy pracy zródla jonów wybiera sie war¬ tosc podstawowa, ze wzgledu na osiagniecie duzej sprawnosci, cisnienie np. 2 • 10-2 torów.Jako prad wyladowania wybrano prad o na-< tezeniu Ia = 1 A jako korzystna wartosc ze wzgledu na sprawnosc i pobór mocy przez zródlo. Przez dodanie, wedlug wynalazku, na¬ piecia sondujacego o wartosci np. Us = —10 woltów, prad jonowy przy wyladowaniu, wzrasta z 150jiA do 250|iA (wskaznik przyrza¬ du pomiarowego 27), a wiec o wspólczynnik 1,7. O ten sam wspólczynnik poprawia sie równiez sprawnosc zródla wskutek dodania srodków wedlug wynalazku. Ten zakres ma, przy zastosowaniu zródla elektronów albo Jo¬ nów w polaczeniu z generatorem van den Graaffa, bardzo duze znaczenie. Nastepnie, przez odpowiedni rozklad magnesu stalego 3 a natezeniu pola H — 1000 Oerstedów, mie* rzonego w srodku anody 6, oraz przez ma¬ gnetyczne prowadzenie wyladowania wzdluz osi, jak równiez przez zageszczenie wylado¬ wania w niejednorodnym polu magnetycznym, osiaga sie, w stosunku do znanych zródel, znaczny wzrost pradu jonowego, a tym sa¬ mym wzrost sprawnosci, wywolana wzbudze¬ niem poswiata, swiadczaca o stopniu zagesz¬ czenia wyladowania przez zastosowanie nie¬ jednorodnego pola magnetycznego, moze byc obserwowana przez okno 28 (rys. 3). Wedlug przeprowadzonych obserwacji, przy H = 1000 Oerstedów, srednice wyladowania mozna okre¬ slic na okolo 3 mm. Wynika stad, ze w po¬ równaniu do uzytej srednicy powierzchni ka¬ tody 1 np. 7 mm, wystepuje tu znaczne zmniejszenie przekroju poprzecznego, a tym samym podwyzszenie gestosci pradu. Wedlug kinetycznej teorii gazów, strumien czastek obojetnych wychodzacy z otworu do wysokiej prózni wynosi: 1 p torów ¦ FQ[cm2J Q = — n0 • v • Fots-1] -60 4 M [torów • 1 • s-1] Z tej zaleznosci obliczone zostaje zuzycie wo¬ doru w stanie gazowym (H2), Qg = 2,4 • 10-8 to¬ rów • 1 • s-1, przy czym wzieto pod uwage wartosci p = 2-10-2 torów (cisnienie w ko¬ morze wyladowan), F0 = 2,8 • 10-3 cm2 (powierzch¬ nia otworu emisji) i M = 2) liczba masowa wyplywajacych molekul) czastek wodoru.Ze stosunku ilosci gazu opuszczajacego otwór emisyjny 2 w postaci jonów (Ib = Ij = 250(iA, M = 2, Q. = 1,5 • 10 15 s-1 = 4,2 • 10-5 torów ' 1 • s-1 (do zuzycia wodoru H* w stanie gazowym, sprawnosc zródla zostala oszacowana na r\ = 0,02.Przy pracy zródla elektronów, po uplywie omawianego juz okresu odgazowania, który przy swiezo zalozonej katodzie 1 moze wynosic do 10 godzin, w zródle w przestrzeni wyladowan 9 ustala sie cisnienie okolo 10-4 torów. Azeby przelaczenie uczynic mozliwie prostym, pod¬ czas pracy urzadzenia jako zródla elektro¬ nów, pozostawia sie napiecie sondujace 26 za¬ laczone, chociaz w tym przypadku nie wywie¬ ra ono zadnego wplywu. Pomimo, ze zarzenie katody 1 jest troche obnizone, jak zawsze przy pracy urzadzenia jako zródla elektronów, w zakresie roboczym zachodzi emisja elektro¬ nów z katody 1 ograniczona ladunkiem prze¬ strzennym.Przez zblizenie anody 6 o ksztalcie puszki — 3 —sji o duzej wartosci ze zródla nocnika la¬ dunków, dostarczajacego elektronów ***** jonów, stosownie do biegunnowosd pola przyspieszajacego. 2. 2ródlo jonów albo elektronów wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze katoda zródla nosnika ladunków jest usytuowana w otwo¬ rze wywierconym w nabiegunniku (4), a otwór emisyjny (2) jest wywiercony w innym niebiegunniku (5). 3. Zródlo jonów albo elektronów wedlug zastrz. 1, 2, znamienne tym, ze w celu uzyskania emisji jonów zródlo zawiera lek¬ ki albo ciezki wodór, wprowadzany do przestrzeni wyladowan przy cisnieniu kilka setnych (10-2) tora, przy czym jako anoda do wyladowan w wodorze sluzy elektroda w ksztalcie puszki, zaopatrzona w otwór przepustowy, której potencjal nabiegunnika magnetycznego (5), zawierajacego otwór emisyjny (2).Veb Vakutronik Zastepca: mgr Józef Kaminski rzecznik patentowy w bezposrednie sasiedztwo katody 1 osiaga sie to, ze juz przy napieciu anodowym 150 V plynie prad anodowy 3 mA, który zapewnia wystarczajaca emisje elektronów ze zródla poprzez otwór emisyjny 2 o srednicy 0,6 mm.Przy niezakonczonym jeszcze okresie odgazo- wania, konieczne jest podwyzszenie pradu anodowego, azeby osiagnac zadany, ssacy stru¬ mien elektronów Pizy zastosowaniu zródla wedlug wynalaz¬ ku w generatorze van de Graaffa, okazuje sie, ze prad strumienia elektronów jest w pewnym stopniu niezalezny od napiecia generatora. Do¬ piero przy napieciach ponizej 500 kV obser¬ wuje sie zmniejszenie sie pradu wskutek gor¬ szego ogniskowania promieni. PL

Claims (1)

Zastrzezenia patentowe

1. Zródlo jonów albo elektronów, szczególnie do generatorów van de Graaffa, znamienne tym, ze jest wyposazone w niesymetryczna magnetyczna soczewke nabiegunnikowa, wytwarzajaca niejednorodne pole magne¬ tyczne dla uzyskania gestosci pradu emi-Do opisu patentowego w 45184 S » 13 1? tS 3 20 * 10 12 13 S 31 19 9 20 F<\.2 PL