RU200931U1 - IONIC DIODE WITH MAGNETIC INSULATION OF ELECTRONS - Google Patents

IONIC DIODE WITH MAGNETIC INSULATION OF ELECTRONS Download PDF

Info

Publication number
RU200931U1
RU200931U1 RU2020121850U RU2020121850U RU200931U1 RU 200931 U1 RU200931 U1 RU 200931U1 RU 2020121850 U RU2020121850 U RU 2020121850U RU 2020121850 U RU2020121850 U RU 2020121850U RU 200931 U1 RU200931 U1 RU 200931U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
annular permanent
permanent magnet
cathode
length
electrons
Prior art date
Application number
RU2020121850U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Сергеевич Степанов
Эдуард Яковлевич Школьников
Константин Иванович Козловский
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
Priority to RU2020121850U priority Critical patent/RU200931U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU200931U1 publication Critical patent/RU200931U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21G—CONVERSION OF CHEMICAL ELEMENTS; RADIOACTIVE SOURCES
    • G21G4/00—Radioactive sources
    • G21G4/02—Neutron sources
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к ионному диоду с магнитной изоляцией электронов и может использоваться для генерации импульсных нейтронных потоков. Устройство состоит из цилиндрического анода с лазерной мишенью, полого цилиндрического катода. Со стороны нижнего основания установлен второй кольцевой постоянный магнит с внешним диаметром Dm, длиной L2и внутренним диаметром Din2,. Кроме того, со стороны верхнего основания полого цилиндрического катода размещен третий кольцевой постоянный магнит внешним диаметром Dm, длиной L1и внутренним диаметром Din3. Все кольцевые постоянные магниты, расположенные друг против друга, имеют встречные полюса, причем с внешней стороны всех кольцевых постоянных магнитов и между ними установлены прокладки из магнитного материала. Прокладка между первым и третьим кольцевыми постоянными магнитами имеет со стороны третьего кольцевого постоянного магнита цилиндрическое удлинение на внутреннюю поверхность первого кольцевого постоянного магнита длиной Lvи толщиной d1, а параметры α, Dc, Din1, Din2, Din3, Dm, L1, L2, Lv, d, d1удовлетворяют следующим соотношениям:30° < α < 40°; Din1< 1.05 ⋅ Dc; 0.85 ⋅ Dc< Din2< 0.9 ⋅ Dc;1 см < Din3< 3 см, 1.5 ⋅ Dc< Dm< 2.0 ⋅ Dc; 0.6 ⋅ Dc< L1< Dc;0.1 ⋅ L1< L2< 0.2 ⋅ L1; 0.4 ⋅ L1< Lv< 0.6 ⋅ L1; 0.4 ⋅ L2< d < 0.6 ⋅ L2;0.3 ⋅ d < d1< 0.5 ⋅ d.Техническим результатом является увеличение КПД ускорения ионов при увеличении верхней границы ускоряющего ионы напряжения и уменьшении обратного тока вторичных электронов. 2 ил.The utility model relates to an ionic diode with magnetic isolation of electrons and can be used to generate pulsed neutron fluxes. The device consists of a cylindrical anode with a laser target, a hollow cylindrical cathode. A second annular permanent magnet with an outer diameter Dm, a length L2 and an inner diameter Din2, is installed on the side of the lower base. In addition, on the side of the upper base of the hollow cylindrical cathode, there is a third annular permanent magnet with an outer diameter Dm, a length L1, and an inner diameter Din3. All annular permanent magnets, located opposite each other, have opposite poles, and on the outside of all annular permanent magnets and between them, spacers made of magnetic material are installed. The spacer between the first and third annular permanent magnets has, on the side of the third annular permanent magnet, a cylindrical extension to the inner surface of the first annular permanent magnet of length Lv and thickness d1, and the parameters α, Dc, Din1, Din2, Din3, Dm, L1, L2, Lv, d , d1 satisfy the following relationships: 30 ° <α <40 °; Din1 <1.05 ⋅ Dc; 0.85 ⋅ Dc <Din2 <0.9 ⋅ Dc; 1 cm <Din3 <3 cm, 1.5 ⋅ Dc <Dm <2.0 ⋅ Dc; 0.6 ⋅ Dc <L1 <Dc; 0.1 ⋅ L1 <L2 <0.2 ⋅ L1; 0.4 ⋅ L1 <Lv <0.6 ⋅ L1; 0.4 ⋅ L2 <d <0.6 ⋅ L2; 0.3 ⋅ d <d1 <0.5 ⋅ d. The technical result is an increase in the efficiency of ion acceleration with an increase in the upper limit of the voltage accelerating ions and a decrease in the reverse current of secondary electrons. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области нейтронных источников, конкретно, к устройствам для генерации импульсных нейтронных потоков.The utility model relates to the field of neutron sources, specifically, to devices for generating pulsed neutron fluxes.

Известны импульсные генераторы нейтронов, с магнитной изоляцией вторичных электронов [1, 2], состоящие из вакуумной ускорительной трубки с полным цилиндрическим катодом, на внутренней поверхности которого расположена нейтронообразующая мишень, и расположенного в торце катода цилиндрического анода, на который установлен ионный источник, системы магнитной изоляции, а также из импульсного генератора высоких напряжений.Known pulsed neutron generators with magnetic isolation of secondary electrons [1, 2], consisting of a vacuum accelerating tube with a full cylindrical cathode, on the inner surface of which a neutron-forming target is located, and a cylindrical anode located at the end of the cathode, on which an ion source is installed, a magnetic system insulation, as well as from a high voltage pulse generator.

Однако, недостатком данных устройств является низкая эффективность магнитной изоляции вторичных обратных электронов, а также средний КПД ускорения ионов, не позволяющие им генерировать импульсные нейтронные потоки большой величины, что обуславливается недостаточной величиной индукции магнитного поля и его произвольным распределением.However, the disadvantage of these devices is the low efficiency of magnetic isolation of secondary reverse electrons, as well as the average efficiency of ion acceleration, which does not allow them to generate pulsed neutron fluxes of large magnitude, which is due to the insufficient value of the magnetic field induction and its arbitrary distribution.

Известна также импульсная нейтронная трубка [3], взятая за прототип. Данная нейтронная трубка включает в себя вакуумную камеру, полый цилиндрический катод, на внутреннюю поверхность которого нанесен материал нейтронообразующей мишени, в торце катода размещен цилиндрический анод, на который установлена лазерная мишень, в противоположном торце катода располагается оптическое окно, предназначенное для прохождения лазерного излучения, а катушка магнитной изоляции соосна катоду и опоясывает его.Also known is a pulsed neutron tube [3], taken as a prototype. This neutron tube includes a vacuum chamber, a hollow cylindrical cathode, on the inner surface of which a neutron-forming target material is applied, at the end of the cathode there is a cylindrical anode on which a laser target is installed, at the opposite end of the cathode there is an optical window designed for the passage of laser radiation, and the magnetic insulation coil is coaxial to the cathode and surrounds it.

Импульсная нейтронная трубка работает следующим образом. Лазерное излучение проходит через оптическое окно и создает на лазерной мишени плазменный сгусток. Одновременно с этим, и с некоторой задержкой запускается система импульсного электропитания, которая подает на анод импульс положительного относительно катода напряжения. Расширяющийся при возрастающем напряжении плазменный сгусток эмитирует положительные ионы, ток ионов сначала ограничивается законом Чайлда-Ленгмюра, а впоследствии, при достаточном сближении расширяющийся плазменной границы с катодом и возрастании напряжения, ограничивается эмиссионной способностью плазмы. Ускоренные на поверхность катода ионы вызывают вторичную ионно-электронную эмиссию. Ток этих вторичных электронов в 3-4 раза превышает ток ионов и вместе они способны замкнуть собой ускоряющий промежуток. Магнитное поле, создаваемое катушкой магнитной изоляции, запирает часть электронов в пространстве между катодом и анодом, не давая им замыкать ускоряющий промежуток и нагружать систему импульсного электропитания.A pulsed neutron tube works as follows. Laser radiation passes through the optical window and creates a plasma bunch on the laser target. At the same time, and with a certain delay, a pulsed power supply system is started, which supplies a pulse of a positive voltage relative to the cathode to the anode. The plasma bunch expanding with increasing voltage emits positive ions, the ion current is first limited by the Child-Langmuir law, and subsequently, when the expanding plasma boundary is sufficiently close to the cathode and the voltage increases, it is limited by the emission ability of the plasma. Ions accelerated to the cathode surface cause secondary ion-electron emission. The current of these secondary electrons is 3-4 times higher than the current of ions, and together they are able to close the accelerating gap. The magnetic field created by the magnetic isolation coil locks some of the electrons in the space between the cathode and the anode, preventing them from closing the accelerating gap and loading the pulsed power supply system.

Недостатком данного устройства является низкое КПД ускорения больших потоков ионов, что связано с существенным током вторичных обратных электронов, протекающим через зазор между анодом и катодом, так как отсутствует эффективная изоляция тока электронов в ускоряющем промежутке вследствие неправильного расположения силовых линий изолирующего магнитного поля относительно лазерно-плазменного сгустка, а также малой величины индукции магнитного поля в зазоре между плазмой и катодом.The disadvantage of this device is the low efficiency of acceleration of large ion fluxes, which is associated with a significant current of secondary reverse electrons flowing through the gap between the anode and cathode, since there is no effective isolation of the electron current in the accelerating gap due to the incorrect arrangement of the lines of force of the insulating magnetic field relative to the laser-plasma a bunch, as well as a small value of the magnetic induction in the gap between the plasma and the cathode.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в увеличении КПД ускорения ионов, в увеличении ускоряющего ионы напряжения за счет более эффективного подавления тока ускоренных обратно к аноду вторичных электронов с катода.The technical result of the proposed utility model is to increase the efficiency of ion acceleration, to increase the voltage accelerating the ions due to more effective suppression of the current of secondary electrons accelerated back to the anode from the cathode.

Этот результат достигается тем, что в известном ионном диоде с магнитной изоляцией электронов, состоящем из цилиндрического анода с лазерной мишенью, полого цилиндрического катода диаметром Dc и длиной L1, опоясывающего его одного первого кольцевого постоянного магнита с внутренним диаметром Din1, внешним диаметром Dm и длиной L1, при этом внутренняя поверхность полого цилиндрического катода имеет форму усеченного конуса с диаметром нижнего основания Dc с углом наклона образующей α, со стороны нижнего основания установлен второй кольцевой постоянный магнит внешним диаметром Dm, длиной L2 и внутренним диаметром Din2, со стороны верхнего основания полого цилиндрического катода размещен третий кольцевой постоянный магнит внешним диаметром Dm, длиной L1 и внутренним диаметром Din3, при этом все магниты имеют встречные полюса, а с внешней стороны всех кольцевых постоянных магнитов и между ними установлены прокладки из магнитного материала толщиной d для придания силовым линиям магнитного поля необходимой формы, причем прокладка между первым и третьим кольцевыми постоянными магнитами имеет со стороны третьего кольцевого постоянного магнита цилиндрическое удлинение на внутреннею поверхность первого кольцевого постоянного магнита длиной Lv и толщиной d1, а параметры α, Dc, Din1, Din2, Din3, Dm, L1, L2, Lv, d, d1 удовлетворяют следующим соотношениям:This result is achieved by the fact that in the known ionic diode with magnetic isolation of electrons, consisting of a cylindrical anode with a laser target, a hollow cylindrical cathode with a diameter D c and a length L 1 , encircling it one first annular permanent magnet with an inner diameter D in1 , an outer diameter D m and length L 1 , while the inner surface of the hollow cylindrical cathode has the shape of a truncated cone with a lower base diameter D c with an angle of inclination of the generatrix α, a second annular permanent magnet with an outer diameter D m , a length L 2 and an inner diameter D is installed on the side of the lower base in2 , on the side of the upper base of the hollow cylindrical cathode, there is a third annular permanent magnet with an outer diameter D m , a length L 1 and an inner diameter D in3 , while all magnets have opposite poles, and on the outside of all ring permanent magnets and between them, spacers made of magnetic material with a thickness d to impart power l magnetic field of the required shape, and the spacer between the first and third ring permanent magnets has a cylindrical extension on the inner surface of the first ring permanent magnet with a length L v and a thickness d 1 on the side of the third ring permanent magnet, and the parameters α, D c , D in1 , D in2 , D in3 , D m , L 1 , L 2 , L v , d, d 1 satisfy the following relations:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Неравенства (1) регулируют максимальный и минимальный угол наклона образующей внутренней поверхности полого цилиндрического катода, имеющей форму усеченного конуса, при котором на катод попадает большая доля ионного тока. Нижний предел является условием, обеспечивающим извлечение положительных ионов преимущественно на катод. Верхний предел является условием, обеспечивающим электрическую прочность вакуумного промежутка между катодом и анодом. Данный диапазон значений угла наклона образующей α был получен посредством численного моделирования процессов разлета плазмы и извлечения ионов в ионном диоде с магнитной изоляцией электронов.Inequalities (1) regulate the maximum and minimum angle of inclination of the generatrix of the inner surface of a hollow cylindrical cathode having the shape of a truncated cone, at which a large fraction of the ion current falls on the cathode. The lower limit is a condition that ensures the extraction of positive ions primarily to the cathode. The upper limit is the condition that ensures the dielectric strength of the vacuum gap between the cathode and the anode. This range of values of the angle of inclination of the generatrix α was obtained by numerical modeling of the processes of plasma expansion and extraction of ions in an ion diode with magnetic isolation of electrons.

Неравенство (2) регулирует максимальный предел отношения внутреннего диаметра первого кольцевого постоянного магнита и большего внутреннего диаметра конусовидного катода, при которых достигаются оптимальные условия магнитной изоляции обратных электронов. Верхний предел является условием, обеспечивающим достаточную для эффективной магнитной изоляции величину индукции магнитного поля.Inequality (2) regulates the maximum limit of the ratio of the inner diameter of the first annular permanent magnet and the larger inner diameter of the cone-shaped cathode, at which the optimal conditions for magnetic isolation of reverse electrons are achieved. The upper limit is a condition that provides sufficient magnetic induction for effective magnetic isolation.

Неравенства (3) регулируют максимальный и минимальный пределы отношения малого внутреннего диаметра второго кольцевого постоянного магнита и большего внутреннего диаметра конусовидного катода, при которых достигаются оптимальные условия магнитной изоляции обратных электронов и на катод попадает большая доля ионного тока. Нижний предел является условием, обеспечивающим электрическую прочность вакуумного промежутка между катодом и анодом. Верхний предел является условием, обеспечивающим необходимое для эффективной магнитной изоляции и извлечения положительных ионов преимущественно на катод распределение магнитного поля.Inequalities (3) regulate the maximum and minimum limits of the ratio of the small inner diameter of the second annular permanent magnet and the larger inner diameter of the cone-shaped cathode, at which the optimal conditions for magnetic isolation of reverse electrons are achieved and a large fraction of the ion current reaches the cathode. The lower limit is a condition that ensures the dielectric strength of the vacuum gap between the cathode and the anode. The upper limit is a condition providing the magnetic field distribution necessary for effective magnetic isolation and extraction of positive ions, predominantly on the cathode.

Неравенства (4) регулируют пределы размеров внутреннего диаметра третьего кольцевого постоянного магнита, при которых достигаются оптимальные условия магнитной изоляции обратных электронов. Нижний предел является условием, обеспечивающим прохождение импульса лазерного излучения на лазерную мишень. Верхний предел является условием, обеспечивающим достаточную для эффективной магнитной изоляции величину индукции магнитного поля.Inequalities (4) regulate the size limits of the inner diameter of the third ring permanent magnet, at which the optimal conditions for the magnetic isolation of reverse electrons are achieved. The lower limit is the condition that ensures the passage of the laser pulse to the laser target. The upper limit is a condition that provides sufficient magnetic induction for effective magnetic isolation.

Неравенства (5) регулируют максимальный и минимальный пределы отношения внешнего диаметра кольцевых магнитов и большего внутреннего диаметра конусовидного катода, при которых достигаются оптимальные условия магнитной изоляции обратных электронов. Нижний предел является условием, обеспечивающим достаточную для эффективной магнитной изоляции величину индукции магнитного поля. Верхний предел является условием, обеспечивающим адекватные габариты устройства.Inequalities (5) regulate the maximum and minimum limits of the ratio of the outer diameter of the ring magnets and the larger inner diameter of the cone-shaped cathode, under which the optimal conditions for the magnetic isolation of the reverse electrons are achieved. The lower limit is a condition that provides sufficient magnetic induction for effective magnetic isolation. The upper limit is a condition for ensuring adequate dimensions of the device.

Неравенства (6) регулируют максимальный и минимальный пределы отношения длины конусовидного катода и большего внутреннего диаметра конусовидного катода, при которых на катод попадает большая доля ионного тока. Нижний предел является условием, обеспечивающим электрическую прочность вакуумного промежутка между катодом и анодом. Верхний предел является условием, обеспечивающим извлечение положительных ионов преимущественно на катод.Inequalities (6) regulate the maximum and minimum limits of the ratio of the length of the cone-shaped cathode to the larger inner diameter of the cone-shaped cathode, at which a large fraction of the ion current falls on the cathode. The lower limit is a condition that ensures the dielectric strength of the vacuum gap between the cathode and the anode. The upper limit is a condition that ensures the extraction of positive ions predominantly to the cathode.

Неравенства (7) регулируют максимальный и минимальный пределы отношения длины второго кольцевого постоянного магнита и длины конусовидного катода, при которых достигаются оптимальные условия магнитной изоляции обратных электронов. Нижний предел является условием, обеспечивающим достаточное для эффективной магнитной изоляции распределение магнитного поля. Верхний предел является условием, обеспечивающим достаточную для эффективной магнитной изоляции величину индукции магнитного поля.Inequalities (7) regulate the maximum and minimum limits of the ratio of the length of the second ring permanent magnet and the length of the cone-shaped cathode, at which the optimal conditions for the magnetic isolation of the reverse electrons are achieved. The lower limit is a condition providing sufficient magnetic field distribution for effective magnetic isolation. The upper limit is a condition that provides sufficient magnetic induction for effective magnetic isolation.

Неравенства (8) регулируют максимальный и минимальный пределы отношения размера удлинения прокладки из магнитного материала между первым и третьим кольцевыми постоянными магнитами и длины конусовидного катода, при которых достигаются оптимальные условия магнитной изоляции обратных электронов. Нижний и верхний пределы являются условиями, обеспечивающими необходимое для эффективной магнитной изоляции распределение и величину индукции магнитного поля.Inequalities (8) regulate the maximum and minimum limits of the ratio of the elongation size of the spacer made of magnetic material between the first and third annular permanent magnets and the length of the cone-shaped cathode, under which optimal conditions for magnetic isolation of reverse electrons are achieved. The lower and upper limits are the conditions that ensure the distribution and magnitude of the magnetic field induction necessary for effective magnetic isolation.

Неравенства (9) регулируют максимальный и минимальный пределы отношения толщины прокладок из магнитного материала и толщиной третьего кольцевого постоянного магнита. Нижний и верхний пределы являются условиями, обеспечивающими необходимое для эффективной магнитной изоляции распределение и величину индукции магнитного поля.Inequalities (9) regulate the maximum and minimum limits of the ratio of the thickness of the spacers made of magnetic material and the thickness of the third annular permanent magnet. The lower and upper limits are the conditions that ensure the distribution and magnitude of the magnetic field induction necessary for effective magnetic isolation.

Неравенства (10) регулируют максимальный и минимальный пределы отношения толщины удлинения прокладки из магнитного материала между первым и третьим кольцевыми постоянными магнитами и толщины прокладок из магнитного материалаInequalities (10) regulate the maximum and minimum limits of the ratio of the elongation thickness of a spacer of magnetic material between the first and third annular permanent magnets and the thickness of spacers of magnetic material

В проведенных расчетах магнитной изоляции электронов полем трех кольцевых постоянных магнитов основным масштабирующим параметром ионного диода с магнитной изоляцией электронов является внутренний диаметр конического катода Dc, с углом наклона образующей α, чьи значения определяются неравенством (1). Этот параметр посредством неравенства (6) связывается с оптимальной длиной катода L1. Из этих параметров уже определяются размеры всех остальных элементов ионного диода. Так, неравенства (2) - (5) связывают между собой и с Dc внутренние и внешние диаметры всех трех кольцевых магнитов, неравенства (7) и (8) задают соотношения между длинами всех элементов, а неравенства (9) и (10) определяют толщины прокладок из магнитного материала. Все это в совокупности определяет согласованную систему из постоянных магнитов и прокладок из магнитного материала между ними, что, в соответствие с расчетами, позволяет создать распределение магнитного поля, способное одновременно обеспечить эффективную магнитную изоляцию вторичных электронов и увеличить долю ионов, попадающих на катод.In the calculations of the magnetic isolation of electrons by the field of three annular permanent magnets, the main scaling parameter of an ionic diode with magnetic isolation of electrons is the inner diameter of the conical cathode D c , with the angle of inclination of the generatrix α, whose values are determined by inequality (1). This parameter is associated by inequality (6) with the optimal cathode length L 1 . From these parameters, the dimensions of all other elements of the ionic diode are already determined. Thus, inequalities (2) - (5) relate to each other and with D c the inner and outer diameters of all three ring magnets, inequalities (7) and (8) define the relations between the lengths of all elements, and inequalities (9) and (10) determine the thickness of the spacers made of magnetic material. All this together determines a coordinated system of permanent magnets and spacers of magnetic material between them, which, in accordance with the calculations, allows creating a magnetic field distribution that can simultaneously provide effective magnetic isolation of secondary electrons and increase the fraction of ions falling on the cathode.

Таким образом, технический результат достигается за счет конструкции кольцевых постоянных магнитов и магнитных прокладок между ними, определяемой соотношениями (1) - (10), которые основаны на проведенном компьютерном моделировании распределения магнитного поля, результаты которого приведены на Фиг. 1. Линии магнитного поля заданы ортогонально направлению движения вторичных обратных электронов, что позволяет запирать их вблизи поверхности конусовидного катода. Вместе с этим, линии магнитного поля имеют требуемую по расчетам положительную кривизну в области большего основания катода, значительно выступая за плоскость этого основания.Thus, the technical result is achieved due to the design of annular permanent magnets and magnetic spacers between them, determined by relations (1) - (10), which are based on the computer simulation of the magnetic field distribution, the results of which are shown in Fig. 1. The lines of the magnetic field are set orthogonal to the direction of motion of the secondary return electrons, which allows them to be locked near the surface of the cone-shaped cathode. At the same time, the magnetic field lines have the required positive curvature in the region of the larger base of the cathode, significantly protruding beyond the plane of this base.

На Фиг. 2 представлен конкретный пример исполнения ионного диода с магнитной изоляцией электронов. Он состоит из следующих частей: 1 - первого кольцевого постоянного магнита, 2 - второго кольцевого постоянного магнита, 3 - третьего кольцевого постоянного магнита, между которыми установлены прокладки из магнитного материала 4, причем прокладка между 1 и 3 магнитами имеет со стороны 3 магнита цилиндрическое удлинение 10 на внутренней поверхности 1 магнита, блока питания высокого напряжения 5, соединенного с анодом 6, лазерной мишени 7, установленной на аноде 6 напротив трассы лазерного излучения 9, и конусовидного катода 8, охватывающего анод 6. Оптимальные по расчетам размеры предлагаемого устройства представлены следующим набором диаметров Dc = 80 мм, Dm = 130 мм, L1 = 70 мм.FIG. 2 shows a specific example of an ionic diode with magnetic isolation of electrons. It consists of the following parts: 1 - the first annular permanent magnet, 2 - the second annular permanent magnet, 3 - the third annular permanent magnet, between which gaskets of magnetic material 4 are installed, and the gasket between 1 and 3 magnets has a cylindrical extension on the side 3 of the magnet 10 on the inner surface 1 of the magnet, the high voltage power supply 5 connected to the anode 6, the laser target 7 installed on the anode 6 opposite the laser radiation path 9, and the cone-shaped cathode 8, covering the anode 6. The optimal dimensions of the proposed device are presented by the following set diameters D c = 80 mm, D m = 130 mm, L 1 = 70 mm.

Устройство работает следующим образом. Импульс лазерного излучения подается на лазерную мишень 7 через трассу 9. Одновременно с этим блок питания 5 подает на анод 6 импульс высокого напряжения > +300 кВ, положительного относительно катода 8. После поглощения лазерной мишенью 7 энергии излучения на ней образуется плотный сгусток, расширяющийся плазмы. В процессе расширения сгустка плазмы из него извлекаются положительные ионы, ток которых увеличивается по мере возрастания напряжения между анодом 6 и катодом 8 и/или по мере приближения плазменной границы сгустка к катоду 8. При расширении плазменного сгустка в область достаточно сильного магнитного поля, его движение по направлению к катоду 8 останавливается, и плазма растягивается вдоль силовых линий магнитного поля.The device works as follows. A laser pulse is fed to the laser target 7 through the path 9. At the same time, the power supply 5 supplies to the anode 6 a high voltage pulse> +300 kV, positive relative to the cathode 8. After the laser target 7 absorbs the radiation energy, a dense bunch of expanding plasma is formed on it ... In the course of expansion of the plasma bunch, positive ions are extracted from it, the current of which increases as the voltage between the anode 6 and cathode 8 increases and / or as the plasma boundary of the bunch approaches the cathode 8. When the plasma bunch expands into a region of a sufficiently strong magnetic field, its motion towards the cathode 8 stops, and the plasma is stretched along the lines of force of the magnetic field.

Вследствие этого, плазма остается в объеме, ограниченном размерами катода, что обеспечивает извлечение положительных ионов преимущественно на катод и одновременно с этим во всем объеме ионного диода сохраняется отличная от нуля ортогональная направлению движения вторичных электронов компонента магнитного поля, обеспечивающая согласно проведенным расчетам эффективную магнитную изоляцию этих электронов. Предложенная конфигурация магнитов 1, 2, 3 и прокладок из магнитного материала 4 вместе с соотношениями размеров, заданными неравенствами (1-8), обеспечивает, согласно проведенным расчетам, запирание у катода 6 всех обратных вторичных электронов при величине индукции магнитного поля, большей 0.3 Тл и растяжку расширяющегося сгустка лазерной плазмы вдоль линий магнитного поля, отображенных на Фиг. 1 у поверхности катода 8. В этом случае плазменная граница устанавливается ближе к катоду 8 и увеличивается ток извлекаемых на него положительных ионов. В результате КПД ускорения ионов и величина тока ионов увеличиваются, прежде всего за счет уменьшения тока обратных ускоренных между катодом и анодом электронов.As a result, the plasma remains in a volume limited by the dimensions of the cathode, which ensures the extraction of positive ions mainly to the cathode, and at the same time, in the entire volume of the ion diode, a nonzero magnetic field component orthogonal to the direction of motion of secondary electrons is retained, which, according to the calculations performed, provides effective magnetic isolation of these electrons. The proposed configuration of magnets 1, 2, 3 and spacers made of magnetic material 4, together with the size ratios specified by inequalities (1-8), provides, according to the calculations, the blocking of all reverse secondary electrons at the cathode 6 at a magnetic induction value greater than 0.3 T and stretching the expanding laser plasma bundle along the magnetic field lines shown in FIG. 1 at the surface of the cathode 8. In this case, the plasma boundary is set closer to the cathode 8 and the current of positive ions extracted to it increases. As a result, the efficiency of ion acceleration and the magnitude of the ion current increase, primarily due to a decrease in the current of reverse electrons accelerated between the cathode and anode.

Таким образом, предложенная полезная модель позволяет увеличить КПД ускорения ионов, увеличить ускоряющее ионы напряжение за счет более эффективного подавления обратного тока ускоренных электронов, что дает возможность применить предлагаемый ионный диод с магнитной изоляцией электронов в устройствах для генерации импульсных нейтронных потоков высокой интенсивности и короткой длительности, применяемых в приборах радиационной техники, например, в нейтронном активационном анализе.Thus, the proposed useful model makes it possible to increase the efficiency of ion acceleration, to increase the voltage accelerating the ions due to more efficient suppression of the reverse current of accelerated electrons, which makes it possible to use the proposed ion diode with electron magnetic isolation in devices for generating pulsed neutron fluxes of high intensity and short duration. used in devices for radiation technology, for example, in neutron activation analysis.

Источники информации:Sources of information:

1. Вовченко Е.Д., Козловский К.И., Шиканов А.Е. и др. Ионный триод для генерации нейтронов. Патент на полезную модель №149963 от 27.01.2015 г.1. Vovchenko E. D., Kozlovsky K. I., Shikanov A. E. et al. Ionic triode for neutron generation. Utility model patent No. 149963 dated January 27, 2015

2. Козловский К.И., Вовченко Е.Д., Шиканов А.Е. и др. Импульсный генератор нейтронов. Патент на полезную модель №184106 от 16.19.2018 г.2. Kozlovsky K.I., Vovchenko E.D., Shikanov A.E. and other Pulse generator of neutrons. Utility model patent No. 184106 dated 16.19.2018

3. Беспалов Д.Ф., Козловский К.И., Цыбин А.С.и Шиканов А.Е. Импульсная нейтронная трубка. Авторское свидетельство №766048 от 23.09.1980 г.3. Bespalov D.F., Kozlovsky K.I., Tsybin A.S. and Shikanov A.E. Pulsed neutron tube. Copyright certificate No. 766048 dated 09.23.1980

Claims (5)

Ионный диод с магнитной изоляцией электронов, состоящий из цилиндрического анода с лазерной мишенью, полого цилиндрического катода внутренним диаметром Dc и длиной L1, опоясывающего его одного первого кольцевого постоянного магнита внутренним диаметром Din1, внешним диаметром Dm и длиной L1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность полого цилиндрического катода имеет форму усеченного конуса с диаметром нижнего основания Dc и с углом наклона образующей а, со стороны нижнего основания установлен второй кольцевой постоянный магнит с внешним диаметром Dm, длиной L2 и внутренним диаметром Din2, кроме того, со стороны верхнего основания полого цилиндрического катода размещен третий кольцевой постоянный магнит внешним диаметром Dm, длиной L1 и внутренним диаметром Din3, при этом все кольцевые постоянные магниты, расположенные друг против друга, имеют встречные полюса, а с внешней стороны всех кольцевых постоянных магнитов и между ними установлены прокладки из магнитного материала толщиной d для придания силовым линиям магнитного поля необходимой формы, причем прокладка между первым и третьим кольцевыми постоянными магнитами имеет со стороны третьего кольцевого постоянного магнита цилиндрическое удлинение на внутреннюю поверхность первого кольцевого постоянного магнита длиной Lv и толщиной d1, а параметры α, Dc, Din1, Din2, Din3, Dm, L1, L2, Lv, d, d1 удовлетворяют следующим соотношениям:An ionic diode with magnetic insulation of electrons, consisting of a cylindrical anode with a laser target, a hollow cylindrical cathode with an inner diameter D c and a length L 1 , encircling it one first annular permanent magnet with an inner diameter D in1 , an outer diameter D m and a length L 1 , characterized by that the inner surface of the hollow cylindrical cathode has the shape of a truncated cone with the diameter of the lower base D c and the angle of inclination of the generatrix a, on the side of the lower base there is a second annular permanent magnet with an outer diameter D m , a length L 2 and an inner diameter D in2 , in addition , on the side of the upper base of the hollow cylindrical cathode, there is a third annular permanent magnet with an outer diameter D m , a length L 1 and an inner diameter D in3 , while all annular permanent magnets located opposite each other have opposite poles, and on the outside of all annular constants magnets and between them there are gaskets made of magnetic material with a thickness d to give the magnetic field lines of the required shape, and the spacer between the first and third annular permanent magnets has a cylindrical elongation on the side of the third annular permanent magnet on the inner surface of the first annular permanent magnet with length L v and thickness d 1 , and the parameters α, D c , D in1 , D in2 , D in3 , D m , L 1 , L 2 , L v , d, d 1 satisfy the following relations: 30° < α < 40°; Din1 < 1.05 ⋅ Dc; 0.85 ⋅ Dc < Din2 < 0.9 ⋅ Dc;30 ° <α <40 °; D in1 <1.05 ⋅ D c ; 0.85 ⋅ D c <D in2 <0.9 ⋅ D c ; 1 см < Din3 < 3 см, 1.5 ⋅ Dc < Dm < 2.0 ⋅ Dc; 0.6 ⋅ Dc < L1 < Dc;1 cm <D in3 <3 cm, 1.5 ⋅ D c <D m <2.0 ⋅ D c ; 0.6 ⋅ D c <L 1 <D c ; 0.1 ⋅ L1 < L2 < 0.2 ⋅ L1; 0.4 ⋅ L1 < Lv < 0.6 ⋅ L1; 0.4 ⋅ L2 < d < 0.6 ⋅ L2;0.1 ⋅ L 1 <L 2 <0.2 ⋅ L 1 ; 0.4 ⋅ L 1 <L v <0.6 ⋅ L 1 ; 0.4 ⋅ L 2 <d <0.6 ⋅ L 2 ; 0.3 ⋅ d < d1 < 0.5 ⋅ d.0.3 ⋅ d <d 1 <0.5 ⋅ d.
RU2020121850U 2020-07-02 2020-07-02 IONIC DIODE WITH MAGNETIC INSULATION OF ELECTRONS RU200931U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121850U RU200931U1 (en) 2020-07-02 2020-07-02 IONIC DIODE WITH MAGNETIC INSULATION OF ELECTRONS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121850U RU200931U1 (en) 2020-07-02 2020-07-02 IONIC DIODE WITH MAGNETIC INSULATION OF ELECTRONS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU200931U1 true RU200931U1 (en) 2020-11-19

Family

ID=73456008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020121850U RU200931U1 (en) 2020-07-02 2020-07-02 IONIC DIODE WITH MAGNETIC INSULATION OF ELECTRONS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU200931U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU766048A1 (en) * 1979-03-27 1980-09-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии Pulsed neutron tube
RU149963U1 (en) * 2014-07-14 2015-01-27 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION
RU187270U1 (en) * 2018-10-16 2019-02-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) PULSE NEUTRON GENERATOR
US10636537B2 (en) * 2014-12-19 2020-04-28 Joint Stock Company “Akme-Engineering” Secondary startup neutron source
EP2824999B1 (en) * 2012-03-06 2020-05-06 Riken Neutron generation source, and neutron generation device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU766048A1 (en) * 1979-03-27 1980-09-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии Pulsed neutron tube
EP2824999B1 (en) * 2012-03-06 2020-05-06 Riken Neutron generation source, and neutron generation device
RU149963U1 (en) * 2014-07-14 2015-01-27 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION
US10636537B2 (en) * 2014-12-19 2020-04-28 Joint Stock Company “Akme-Engineering” Secondary startup neutron source
RU187270U1 (en) * 2018-10-16 2019-02-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) PULSE NEUTRON GENERATOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tarasenko et al. SLEP-150M compact supershort avalanche electron beam accelerator
RU200931U1 (en) IONIC DIODE WITH MAGNETIC INSULATION OF ELECTRONS
US8971473B2 (en) Plasma driven neutron/gamma generator
RU149963U1 (en) ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION
CN109041399A (en) Charged particle accelerator
RU187270U1 (en) PULSE NEUTRON GENERATOR
Tarasenko et al. On the mechanism of subnanosecond electron beam formation in gas-filled diodes
Bryzgunov et al. Efficiency improvement of an electron collector intended for electron cooling systems using a Wien filter
KR101378384B1 (en) Cyclotron
Sorokin Experiments with a plasma-filled rod-pinch diode on the MIG generator
WO2014158474A1 (en) Ion source having negatively biased extractor
RU192776U1 (en) PULSE SOURCE OF PENNING IONS
CN105934065B (en) Acceleration system for low energy pulse positron beam group
Tarasenko et al. New features of the generation of runaway electrons in nanosecond discharges in different gases
RU192809U1 (en) NANOSECOND FAST NEUTRON GENERATOR
Gushenets et al. Effect of the enhanced breakdown strength in plasma-filled optical system of electron beam formation
RU143417U1 (en) PULSE NEUTRON GENERATOR
Astrelin et al. Generation of a submillisecond electron beam with a high-density current in a plasma-emitter diode under the conditions of open plasma boundary emission
Kwan et al. Ion source and injector experiments at the HIF/VNL
Starodubov et al. On the Formation of Higher Harmonic Components in Power Spectrum of the Output Radiation of Microwave Generator with Turbulent Electron Beam
RU2468546C1 (en) Positron acceleration method, and device for its implementation
Abdrashitov et al. Characteristics of a high-power RF source of negative hydrogen ions for neutral beam injection into controlled fusion devices
Ullmann et al. Status and computer simulations for the front end of the proton injector for FAIR
Zhang et al. DESIGN SUTDY OF A HIGH-INTNEISITY, LOW-ENERGY ELECTRON GUN
RU2448387C2 (en) Method to produce high-charge ion beam