RU134727U1 - Ускоритель заряженных частиц - Google Patents
Ускоритель заряженных частиц Download PDFInfo
- Publication number
- RU134727U1 RU134727U1 RU2012149765/07U RU2012149765U RU134727U1 RU 134727 U1 RU134727 U1 RU 134727U1 RU 2012149765/07 U RU2012149765/07 U RU 2012149765/07U RU 2012149765 U RU2012149765 U RU 2012149765U RU 134727 U1 RU134727 U1 RU 134727U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- anode
- electron
- accelerator
- ions
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
1. Ускоритель заряженных частиц (ионов), содержащий рабочее газообразное вещество, электронно-ионную оптическую систему с катодом, анодом и коллектором электронов и систему фокусирующих магнитов, отличающийся тем, что катод с торцевой эмитирующей поверхностью имеет в центре сквозные отверстия в вакуумное пространство для выхода ускоренных ионов, при этом потенциал анода определяет энергию положительных ионов, потенциал коллектора меньше потенциала анода, а система фокусирующих магнитов расположена на участке катод-анод.2. Ускоритель заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что катод имеет симметричную относительно центра форму в виде круга или части сферы.3. Ускоритель заряженных частиц по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он имеет несколько электронно-ионных оптических систем.4. Ускоритель заряженных частиц по пп.1-3, отличающийся тем, что катод со стороны выхода ускоренных ионов в вакуумное пространство обеспечивает эмиссию электронов для компенсации зарядов ионов.5. Ускоритель заряженных частиц по пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве газообразного рабочего вещества используются вещества, не отравляющие электронную эмиссию катода, например водород, инертные газы, пары щелочных металлов, щелочноземельных металлов, редкоземельных металлов и ртути.
Description
Изобретение относится к ускорительной технике, в частности, к конструкции ускорителей заряженных частиц, в том числе для электрореактивных двигателей.
Известны ускорители заряженных частиц с рабочей камерой, заполненной газообразным веществом (например, инертными газами аргоном, ксеноном, или парами лития), с катодом и анодом, в которой осуществляется газовый электрический разряд [1]. Струя образовавшейся плазмы вытекает из сопла, обеспечивая реактивный импульс. Недостатками такой конструкции являются: большой расход рабочего вещества (токи разряда до 10 кА), низкая энергия ионов (напряжение разряда 50-60 В ограничено возникновением паразитных пробоев), и, как следствие, малый импульс струи на единицу расходуемого вещества и потребляемой мощности.
Известны также ускорители заряженных частиц (далее - ускорители) с электронно-оптической системой, содержащей катод, сетчатый анод, ускоряющую сетку и систему фокусирующих магнитов [2]. Магнитное поле усиливает ионизацию газообразного рабочего вещества, а сетчатый анод пропускает образовавшиеся положительные ионы к ускоряющей сетке с отрицательным потенциалом. Таким образом можно увеличить энергию ионов в 10-100 раз по сравнению с конструкцией [1]. Однако электронный поток значительно нагревает сетчатый (диаметр отверстий 3 мм) анод, охлаждение которого конструктивно затруднено. Ионы частично также оседают на ускоряющей сетке (диаметр отверстий 1 мм), нагревая ее. Сетка и анод имеют толщину 0,5-1,0 мм, располагаются на близком расстоянии 0,5-0,8 мм, и их коробление может привести к ухудшению прохождения ионов и замыканию. Эти конструктивные трудности не позволяют выполнять ускорители с большим размером сетчатых электродов (диаметром до 70 см, 36500 отверстий), что требуется для получения больших мощностей, например, до 50 кВт. Кроме того, у таких ускорителей остаются главные недостатки: большие токи разряда до нескольких кА, и, следовательно, большие расходы вещества и низкий уровень энергии ионов - 300-400 эВ.
Технический эффект, обеспечиваемый изобретением, заключается в уменьшении расхода рабочего вещества, увеличении энергии ионов, повышении надежности и ресурса ускорителя.
Указанный технический эффект достигается благодаря тому, что в ускорителе, содержащем рабочее газообразное вещество, электронно-ионную оптическую систему с катодом, анодом и коллектором электронов и систему фокусирующих магнитов, катод с торцевой эмитирующей поверхностью имеет в центре сквозные отверстия в вакуумное пространство для выхода ускоренных ионов, при этом потенциал анода определяет энергию положительных ионов, потенциал коллектора меньше потенциала анода, а система фокусирующих магнитов расположена на участке катод-анод. Вместе с тем: торцевой катод имеет симметричную относительно центра форму в виде круга или части сферы; катод со стороны выхода ускоренных ионов в вакуумное пространство может обеспечивать эмиссию электронов для компенсации зарядов ионов; ускоритель может иметь несколько электронно-ионных оптических систем, в качестве газообразного рабочего вещества используются вещества, не отравляющие электронную эмиссию катода, например, водород, азот, инертные газы, пары щелочных, щелочноземельных, редкоземельных металлов и ртути.
На фиг.1 представлена схема конструкции ускорителя заряженных частиц и электрическая схема его питания. В корпусе 1 расположена электронно-ионная оптическая система с катодом 2, фокусирующим электродом 3, анодом 4, коллектором 5, фокусирующим магнитом бис вводом газообразного рабочего вещества 7, также обозначены траектории движения электронов 8 и ионов 9, изоляторы катода 1' и токовводы анода и коллектора на изоляторах 4' и 5'. От источника энергии, например, батареи 10, подается напряжение на анод U, напряжение на коллектор U' (U'<U) и напряжение U" на накал подогревателя катода. Питание электромагнитов не показано, так как можно использовать постоянные кольцевые магниты.
Ускоритель работает следующим образом. В электронно-ионную оптическую систему подается газообразное рабочее вещество - газы или пары указанных выше веществ. На анод подается относительно катода положительный потенциал в пределах 1000-100000 В в зависимости от мощности ускорителя, на коллекторе устанавливается потенциал меньше, чем на аноде, для торможения ускоренных электронов с целью меньшего выделения тепловой энергии. Электронный поток с катода ускоряется потенциалом анода и ионизирует рабочее газообразное вещество. Магниты фокусируют электронный поток, повышая степень ионизации газов. Образовавшиеся положительные ионы фокусируются электронным потоком в шнур и под действием потенциала катода ускоряются и вылетают в вакуум. Электронный поток, пройдя отверстие в аноде, рассыпается, так как прекращается магнитная фокусировка, и оседает на коллекторе в тормозящем поле. Следует отметить, что центр катода должен быть соосным с электронно-ионной оптической системой. В противном случае ионный поток будет подвергать катод бомбардировке, разрушая его. При необходимости обратная сторона катода, обращенная в вакуум, может также эмиттировать электроны, обеспечивая компенсацию заряда ионного потока. Для повышения мощности ускорителя он может иметь в одном корпусе несколько электронно-ионных оптических систем.
Нами проведены экспериментальные испытания макета ускорителя в составе электровакуумного прибора. Давление газов составляло 10-5-10-6 мм рт.ст. Состав газов - 90% водород, 8-9% азот, 1-2% аргон. Плотность тока с катода составляла до 5 А/см2, напряжение на аноде - до 20 кВ, напряжение на коллекторе - до 10 кВ. Испытания проводились в импульсном режиме (длительность импульса 10 мкс, частота 100 Гц) для уменьшения выделения тепла на коллекторе. Получена удельная мощность ионного потока на выходе за катодом не менее 200 Вт/см2.
На основании полученных данных можно ожидать значительного увеличения мощности ионного потока при повышении давления и молекулярного веса рабочего газообразного вещества. Исследования продолжаются.
ЛИТЕРАТУРА,
1. Гришин С.Д., Лесков Л.В., Козлов Н.П. Плазменные ускорители. М., Машиностроение, 1983 г., 231 с.
2. Горшков О.А., Муравлев В.А., Шагайда А.А. Холловские и ионные плазменные двигатели для космических аппаратов. М., Машиностроение, 2008 г., 280 с.
Claims (5)
1. Ускоритель заряженных частиц (ионов), содержащий рабочее газообразное вещество, электронно-ионную оптическую систему с катодом, анодом и коллектором электронов и систему фокусирующих магнитов, отличающийся тем, что катод с торцевой эмитирующей поверхностью имеет в центре сквозные отверстия в вакуумное пространство для выхода ускоренных ионов, при этом потенциал анода определяет энергию положительных ионов, потенциал коллектора меньше потенциала анода, а система фокусирующих магнитов расположена на участке катод-анод.
2. Ускоритель заряженных частиц по п.1, отличающийся тем, что катод имеет симметричную относительно центра форму в виде круга или части сферы.
3. Ускоритель заряженных частиц по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он имеет несколько электронно-ионных оптических систем.
4. Ускоритель заряженных частиц по пп.1-3, отличающийся тем, что катод со стороны выхода ускоренных ионов в вакуумное пространство обеспечивает эмиссию электронов для компенсации зарядов ионов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012149765/07U RU134727U1 (ru) | 2012-11-22 | 2012-11-22 | Ускоритель заряженных частиц |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012149765/07U RU134727U1 (ru) | 2012-11-22 | 2012-11-22 | Ускоритель заряженных частиц |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU134727U1 true RU134727U1 (ru) | 2013-11-20 |
Family
ID=49555589
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012149765/07U RU134727U1 (ru) | 2012-11-22 | 2012-11-22 | Ускоритель заряженных частиц |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU134727U1 (ru) |
-
2012
- 2012-11-22 RU RU2012149765/07U patent/RU134727U1/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2329692B1 (en) | High-current dc proton accelerator | |
JP5872541B2 (ja) | 改良型イオン源 | |
Stirling et al. | Magnetic multipole line‐cusp plasma generator for neutral beam injectors | |
JPH0360139B2 (ru) | ||
US4377773A (en) | Negative ion source with hollow cathode discharge plasma | |
JP2001236897A (ja) | イオン源およびその運転方法 | |
CN106057614B (zh) | 一种冷阴极潘宁离子源 | |
RU2010127452A (ru) | Способ генерации тормозного излучения с поимпульсным переключением энергии и источник излучения для его осуществления | |
CN112164644A (zh) | 潘宁离子源 | |
RU134727U1 (ru) | Ускоритель заряженных частиц | |
JP2003270400A (ja) | 中性子発生管用pig型負イオン源 | |
Bashkeev et al. | Continuously operated negative ion surface plasma source | |
JP2014231630A (ja) | 還元装置及び還元方法 | |
RU159300U1 (ru) | Электронный источник с плазменным эмиттером | |
Sharkov et al. | Highly charged ions from Nd-laser produced plasma of medium and high-Z targets | |
Malferrari et al. | Modification of anisotropic plasma diffusion via auxiliary electrons emitted by a carbon nanotubes-based electron gun in an electron cyclotron resonance ion source | |
CN212907638U (zh) | 潘宁离子源 | |
Tanaka et al. | Production of high-current large-area H/sup-/beams by a bucket-type ion source equipped with a magnetic filter | |
Bugaev et al. | Enhanced electric breakdown strength in an electron-optical system | |
RU2084986C1 (ru) | Пучково-плазменный свч-прибор | |
RU2654493C1 (ru) | Вакуумный разрядник | |
Dudnikov et al. | Surface plasma source for heavy negative ion production | |
Debolt et al. | Recent results from the low inductance Z-discharge metal vapor ion source | |
CN111615251A (zh) | 一种可重频的真空电弧等离子体电子束发生装置及方法 | |
Dudnikov | Progress in the Negative Ion Sources Development |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TC1K | Change in the group of utility model authors |
Effective date: 20140418 |
|
PC12 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for utility models |
Effective date: 20160930 |
|
TK1K | Correction to the publication in the bulletin (utility model) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -PC4A- IN JOURNAL: 29-2016 FOR TAG: (73) |
|
TK1K | Correction to the publication in the bulletin (utility model) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -TK1K- IN JOURNAL: 29-2016 |