RU207660U1 - MULTIAPERTURE MATCHING CHANNEL WITH RADIAL COMPRESSION OF ION BEAMS - Google Patents
MULTIAPERTURE MATCHING CHANNEL WITH RADIAL COMPRESSION OF ION BEAMS Download PDFInfo
- Publication number
- RU207660U1 RU207660U1 RU2021119283U RU2021119283U RU207660U1 RU 207660 U1 RU207660 U1 RU 207660U1 RU 2021119283 U RU2021119283 U RU 2021119283U RU 2021119283 U RU2021119283 U RU 2021119283U RU 207660 U1 RU207660 U1 RU 207660U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ion
- accelerating
- channel
- apertures
- radial compression
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/22—Details of linear accelerators, e.g. drift tubes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Многоапертурный согласующий канал с радиальной компрессией пучков ионов эффективен для применения в многоканальных ускорителях ионов, инжекция в которые производится из плазмы с низкой плотностью ионной компоненты и большой площадью поверхности эмиссии ионов. Оригинальность предложенного технического решения в том, что размеры входных апертур трубок дрейфа отдельных каналов полезной модели превосходят геометрические размеры апертур на ее выходе. Это позволяет обеспечивать отбор ионов для ускорения в каждом отдельном канале многоканальной ускоряющей ВЧ системы от плазменной поверхности, площадь которой превосходит соответствующий размер канала ускоряющей ВЧ системы, способствуя увеличению общей площади поверхности экстракции ионов для ускорения. Примененный способ электростатической фокусировки ионов электрическим полем в ускоряющих зазорах между смежными трубками дрейфа, которые имеют в данных зазорах одинаковые размеры апертур, синхронно уменьшающихся к выходу полезной модели, обеспечивает эффективную радиальную компрессию ионного пучка, которая, в совокупности с общей направленностью электрического поля в отдельных каналах, позволяет экстрагировать ионы из плазмы различных ИИ и уменьшать их потери в процессе транспортировки и при вводе в каналы ускоряющей ВЧ системы. Перечисленные выше факторы способствуют увеличению общего тока ионных пучков, ускоренных в многоканальном ускорителе. 4 рис.The multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams is effective for use in multichannel ion accelerators, the injection into which is performed from a plasma with a low density of the ion component and a large surface area of ion emission. The originality of the proposed technical solution lies in the fact that the dimensions of the inlet apertures of the drift tubes of individual channels of the utility model exceed the geometric dimensions of the apertures at its outlet. This allows the selection of ions for acceleration in each separate channel of the multichannel accelerating RF system from the plasma surface, the area of which exceeds the corresponding size of the channel of the accelerating RF system, thereby increasing the total surface area of the ion extraction for acceleration. The applied method of electrostatic focusing of ions by an electric field in the accelerating gaps between adjacent drift tubes, which in these gaps have the same aperture sizes, synchronously decreasing towards the output of the utility model, provides effective radial compression of the ion beam, which, together with the general direction of the electric field in individual channels , allows you to extract ions from the plasma of various IRs and reduce their losses during transportation and when entering the channels of the accelerating RF system. The factors listed above contribute to an increase in the total current of ion beams accelerated in a multichannel accelerator. 4 fig.
Description
Полезная модель относится к области многоканальных ускорителей заряженных частиц и может быть использована для ускорения ионов в установках плазмотехники и других устройствах ядерной техники.The utility model relates to the field of multichannel charged particle accelerators and can be used to accelerate ions in plasma technology installations and other nuclear technology devices.
Для источников ионов (ИИ) с большой атомной массой характерна генерация плазмы с низким содержанием частиц, обладающих высоким электрическим зарядом. Увеличение интенсивности ускоряемого в ускорителе пучка таких ионов достигается путем их отбора в режим ускорения из плазмы с большой площадью поверхности эмиссии. В этих случаях, для увеличения тока ускоренного пучка применяют многоканальные ускоряющие высокочастотные (ВЧ) системы (Дэвис Р, Морган О, Стюарт Л. Приборы для научных исследований, 1972, №2, с. 99). Использование в многоканальных ускорителях многоапертурных согласующих каналов позволяет увеличивать отбор ионов в режим ускорения из плазмы. В известных конструкциях многоапертурных согласующих каналов площадь апертур, через которые осуществляется экстракция ионов из плазмы и их транспортировка к ВЧ ускоряющим системам, не превышает площадь апертур ускоряющих каналов ВЧ систем, которая ограничивается известными в ускорительной технике факторами.Ion sources (IS) with a large atomic mass are characterized by the generation of plasma with a low content of particles with a high electric charge. An increase in the intensity of a beam of such ions accelerated in an accelerator is achieved by selecting them into the acceleration mode from a plasma with a large emission surface area. In these cases, to increase the current of the accelerated beam, multichannel accelerating high-frequency (HF) systems are used (Davis R, Morgan O, Stuart L. Instruments for Scientific Research, 1972, No. 2, p. 99). The use of multi-aperture matching channels in multichannel accelerators makes it possible to increase the selection of ions in the acceleration mode from the plasma. In the known designs of multi-aperture matching channels, the area of the apertures through which the ions are extracted from the plasma and transported to the HF accelerating systems does not exceed the area of the apertures of the accelerating channels of the HF systems, which is limited by factors known in accelerator technology.
Известен многоапертурный согласующий канал для многолучевого ускорителя ионов (Кондратьев Б.К., Кушин В.В., Плотников С.В. и др., Инжектор для многолучевого ускорителя протонов. ПТЭ 2004. №4, с. 5-13). Недостатки данного канала заключаются в низкой величине ускоренного в ускорителе тока пучка ионов, что вызвано малой площадью апертур, осуществляющих отбор ионов из плазмы.Known multi-aperture matching channel for a multibeam ion accelerator (Kondrat'ev B.K., Kushin V.V., Plotnikov S.V. and others, Injector for a multibeam proton accelerator. PTE 2004. No. 4, pp. 5-13). The disadvantages of this channel are the low value of the ion beam accelerated in the accelerator, which is caused by the small area of the apertures that select ions from the plasma.
Известна многоапертурная ионно-оптическая система, состоящая из нескольких обечаек, в которых выполнены соосно расположенные апертуры одинакового диаметра и на обечайки подано электрическое напряжение с различной величиной электрических потенциалов (Кондратьев Б.К., Турчин А.В., Турчин В.И., и др. Модернизация инжектора многолучевого ускорителя протонов, ПТЭ 2009, №4, с. 29-41). Недостатки данного устройства состоят в ограниченной площади отбора ионов из плазмы и малой величине тока ускоренного пучка ионов.A multi-aperture ion-optical system is known, consisting of several shells, in which coaxially located apertures of the same diameter are made and an electric voltage with different values of electrical potentials is applied to the shells (Kondrat'ev B.K., Turchin A.V., Turchin V.I., and others. Modernization of the injector of the multibeam proton accelerator, PTE 2009, No. 4, pp. 29-41). The disadvantages of this device are in the limited area of selection of ions from the plasma and a small value of the current of the accelerated ion beam.
Наиболее близким аналогом предложенному техническому решению, принятым за прототип, является многоапертурный инжектор ионов с поперечным сведением пучков (Боголюбов Е.П., Бобылев В.Т., Кузнецов В.А. и др., Возможность повышения эффективности нейтронного генератора за счет использования многолучевой системы инжекции дейтронов, Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции. Москва, 2003, 26-30 мая, с. 137-144.). В данном инжекторе, позволяющем инжектировать для ускорения ионы, отобранные из плазмы с большой площадью поверхности эмиссии, установлены обечайки сферической формы, в которых выполнены соосные апертуры одинакового диаметра, сходящиеся к трубкам дрейфа ускоряющих каналов ВЧ системы ускорителя. Между обечайками создана разность электрических потенциалов.The closest analogue to the proposed technical solution, adopted as a prototype, is a multi-aperture ion injector with transverse convergence of beams (E.P. Bogolyubov, V.T. Bobylev, V.A. deuteron injection systems, Proceedings of the interdisciplinary scientific and technical conference. Moscow, 2003, May 26-30, pp. 137-144.). In this injector, which makes it possible to inject ions for acceleration taken from a plasma with a large emission surface area, spherical shells are installed in which coaxial apertures of the same diameter are made, converging to the drift tubes of the accelerating channels of the RF accelerator system. An electrical potential difference is created between the shells.
Недостатки ближайшего аналога состоят в слабой фокусировке ионных пучков в пространстве между обечайками и в том, что площадь апертур согласующих каналов в области отбора ионов из плазмы не превышает площадь апертур ускоряющих каналов ВЧ системы ускорителя, что уменьшает величину ускоренного в нем тока ионных пучков.The disadvantages of the closest analogue consist in weak focusing of ion beams in the space between the shells and in the fact that the area of the apertures of the matching channels in the region of ion selection from the plasma does not exceed the area of the apertures of the accelerating channels of the RF system of the accelerator, which reduces the value of the ion beam current accelerated in it.
Техническая проблема состоит в необходимости увеличения тока ионных пучков.The technical problem is the need to increase the ion beam current.
Технической задачей предложенной полезной модели является создание многоапертурного согласующего канала с увеличенным током ионных пучков.The technical task of the proposed utility model is the creation of a multi-aperture matching channel with an increased current of ion beams.
При решении технической задачи было обеспечено достижение не только увеличения тока ионных пучков, но также, возможности фокусировки и радиальной компрессии ионов внутри каждого отдельного канала аксиально-симметричным электрическим полем в зазорах между смежными трубками дрейфа с изменяющейся площадью апертур и изменения в пространстве направления движения ионного пучка по траектории каждого отдельного канала этим же электрическим полем, что составляет технический результат предложенной полезной модели.When solving a technical problem, it was ensured that not only an increase in the current of ion beams was achieved, but also the possibility of focusing and radial compression of ions inside each individual channel by an axially symmetric electric field in the gaps between adjacent drift tubes with a varying aperture area and a change in the direction of movement of the ion beam in space along the trajectory of each individual channel with the same electric field, which is the technical result of the proposed utility model.
Достижение технического результата обеспечивается созданием многоапертурного согласующего канала, позволяющего увеличивать ток ионов, ускоренных в ускорителе путем расширения общей площади отбора ионов из плазмы, за счет увеличения площади отбора ионов по каждому отдельному каналу, с возможностью согласования положения в пространстве и поперечных размеров ионных пучков на выходе этих каналов с размерами и положением соответствующих апертур трубок дрейфа ускоряющей ВЧ системы.Achievement of the technical result is ensured by the creation of a multi-aperture matching channel, which makes it possible to increase the current of ions accelerated in the accelerator by expanding the total area of extraction of ions from the plasma, by increasing the area of extraction of ions from each channel, with the possibility of matching the position in space and the transverse dimensions of the ion beams at the exit of these channels with the sizes and positions of the corresponding apertures of the drift tubes of the accelerating HF system.
Предложен многоапертурный согласующий канал с радиальной компрессией пучков ионов, состоящий из корпуса, обечаек с соосно расположенными апертурами, сходящимися к его центральной продольной оси, причем диаметр этих апертур уменьшается по мере их схождения и в апертуры установлены конусного вида полые трубки дрейфа, выполненные таким образом, чтобы входной диаметр каждой трубки дрейфа был больше ее выходного диаметра, который в свою очередь равен входному диаметру каждой последующей трубки дрейфа, а корпус и обечайки электрически изолированы друг от друга и электрически соединены с отдельными источниками электропитания.A multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams is proposed, consisting of a body, shells with coaxially located apertures converging to its central longitudinal axis, and the diameter of these apertures decreases as they converge and hollow drift tubes are installed in the apertures of a conical shape, made in this way, so that the inlet diameter of each drift tube is greater than its outlet diameter, which in turn is equal to the inlet diameter of each subsequent drift tube, and the body and shells are electrically isolated from each other and electrically connected to separate power supplies.
Отличительным физическим свойством предлагаемой полезной модели от ближайшего аналога, появившимся в результате предложенной конструкции обечаек с трубками дрейфа в апертурах, и обеспечивающим достижение заявленного технического результата, является возможность фокусировки и радиальной компрессии ионов внутри каждого отдельного канала аксиально-симметричным электрическим полем в зазорах между смежными трубками дрейфа с изменяющейся площадью апертур и изменения в пространстве направления движения ионного пучка по траектории каждого отдельного канала этим же электрическим полем.A distinctive physical property of the proposed utility model from the closest analogue, which appeared as a result of the proposed design of shells with drift tubes in apertures, and ensuring the achievement of the claimed technical result, is the possibility of focusing and radial compression of ions inside each separate channel by an axially symmetric electric field in the gaps between adjacent tubes drift with a changing area of apertures and changes in space of the direction of motion of the ion beam along the trajectory of each individual channel by the same electric field.
Заявленный технический результат в многоапертурном согласующем канале с радиальной компрессией пучков ионов, состоящим из обечаек с соосными апертурами, сходящимися к его центральной продольной оси, достигается предложенной их оригинальной конструкцией. А именно, диаметр апертур в обечайках уменьшается по мере их схождения к выходу данного устройства, и, в эти апертуры установлены конусного вида полые трубки дрейфа, выполненные таким образом, чтобы входной диаметр каждой трубки дрейфа был больше ее выходного диаметра, который, в свою очередь, равен входному диаметру каждой последующей трубки дрейфа. Все обечайки электрически изолированы от корпуса и друг от друга и соединены с отдельными источниками электропитания.The claimed technical result in a multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams, consisting of shells with coaxial apertures converging to its central longitudinal axis, is achieved by their proposed original design. Namely, the diameter of the apertures in the shells decreases as they converge to the outlet of this device, and hollow drift tubes are installed in these apertures of a conical shape, made in such a way that the inlet diameter of each drift tube is greater than its outlet diameter, which in turn , is equal to the inlet diameter of each subsequent drift tube. All shells are electrically isolated from the body and from each other and connected to separate power supplies.
В отличие от известных аналогов, в предлагаемой полезной модели возникают новые свойства, обусловленные предложенными оригинальными техническими решениями. А, именно, появляется сила электростатической фокусировки ионного пучка в каждом канале «провисающими» к его центральной продольной оси силовыми линиями электрического поля, позволяющая фокусировать и сжимать ионный пучок по мере его движения от входа до его выхода из канала. Это способствует увеличению плотности ионов пучка, инжектируемого в соответствующий канал ускоряющей ВЧ системы каждым отдельным каналом многоапертурного согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов. Общая траектория направления в пространстве силовых линий электрического поля в каждом отдельном канале данной полезной модели позволяет сводить экстрагированные из плазмы ионные пучки от периферии к центральной продольной оси многоапертурного согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов. Перечисленные выше факторы обеспечивают возможность согласования по размерам и по положению в пространстве параметров ионных пучков с апертурами трубок дрейфа ускоряющей ВЧ системы.In contrast to the known analogs, the proposed utility model has new properties due to the proposed original technical solutions. Namely, the force of electrostatic focusing of the ion beam appears in each channel by the electric field lines "sagging" to its central longitudinal axis, which makes it possible to focus and compress the ion beam as it moves from the entrance to its exit from the channel. This contributes to an increase in the ion density of the beam injected into the corresponding channel of the accelerating RF system by each separate channel of the multi-aperture matching channel with radial compression of the ion beams. The general trajectory of the direction in space of the lines of force of the electric field in each separate channel of this useful model allows the ion beams extracted from the plasma to be reduced from the periphery to the central longitudinal axis of the multi-aperture matching channel with radial compression of the ion beams. The factors listed above provide the possibility of matching in size and position in space of the parameters of ion beams with the apertures of the drift tubes of the accelerating RF system.
Анализ отличительных существенных признаков и свойств, появившихся в результате предложенных технических решений, а именно, возможность отбора ионов в пучок с большой площади плазменной поверхности по каждому отдельному каналу, пространственное согласование траекторий и геометрических размеров пучков в этих каналах с соответствующими параметрами апертур трубок дрейфа ускоряющей ВЧ системы, показал, что появившиеся новые свойства способствуют увеличению тока ионного пучка на выходе ускорителя и достижению поставленного технического результата и позволяют считать заявленное техническое решение соответствующим критерию полезной модели.Analysis of distinctive essential features and properties resulting from the proposed technical solutions, namely, the possibility of selecting ions into the beam from a large area of the plasma surface for each individual channel, spatial matching of the trajectories and geometric dimensions of the beams in these channels with the corresponding parameters of the apertures of the drift tubes of the accelerating RF system, showed that the new properties that have appeared contribute to an increase in the current of the ion beam at the exit of the accelerator and the achievement of the set technical result and make it possible to consider the claimed technical solution as corresponding to the criterion of the utility model.
Многоапертурный согласующий канал с радиальной компрессией пучков ионов эффективен для применения в многоканальных ускорителях ионов, инжекция заряженных частиц в которые производится из плазмы с низкой плотностью ионной компоненты и большой площадью поверхности эмиссии ионов. Оригинальность предложенного технического решения в том, что размеры входных апертур трубок дрейфа отдельных каналов полезной модели превосходят геометрические размеры апертур на ее выходе, что позволяет обеспечивать отбор ионов для ускорения по каждому отдельному каналу многоканальной ускоряющей ВЧ системы от плазменной поверхности, площадь которой превосходит соответствующий размер канала ускоряющей ВЧ системы. Наличие в данном инжекторе нескольких таких каналов способствует увеличению общей площади поверхности экстракции ионов из плазмы в режим ускорения. Примененный способ электростатической фокусировки ионов электрическим полем в ускоряющих зазорах между смежными трубками дрейфа, имеющими в данных зазорах одинаковые размеры апертур, которые синхронно уменьшаются к выходу полезной модели, обеспечивает эффективную радиальную компрессию ионного пучка. Радиальная компрессия, в совокупности с общей направленностью электрического поля в отдельных каналах, позволяют экстрагировать ионы с большой площади плазменной поверхности и обеспечивают уменьшение потерь заряженных частиц в процессе их транспортировки, и при вводе в каналы ускоряющей ВЧ системы. Перечисленные выше факторы способствуют увеличению тока ионных пучков, ускоренных в многоканальном ускорителе.The multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams is effective for use in multichannel ion accelerators, into which charged particles are injected from a plasma with a low ionic component density and a large ion emission surface area. The originality of the proposed technical solution lies in the fact that the dimensions of the input apertures of the drift tubes of individual channels of the utility model exceed the geometric dimensions of the apertures at its outlet, which makes it possible to select ions for acceleration along each separate channel of the multichannel accelerating RF system from the plasma surface, the area of which exceeds the corresponding channel size accelerating RF system. The presence of several such channels in this injector contributes to an increase in the total surface area of ion extraction from the plasma into the acceleration mode. The applied method of electrostatic focusing of ions by an electric field in the accelerating gaps between adjacent drift tubes, which have the same aperture sizes in these gaps, which decrease synchronously towards the output of the utility model, provides effective radial compression of the ion beam. Radial compression, in conjunction with the general directionality of the electric field in individual channels, allows the extraction of ions from a large area of the plasma surface and provides a decrease in the loss of charged particles during their transportation and when they are introduced into the channels of the accelerating HF system. The factors listed above contribute to an increase in the current of ion beams accelerated in a multichannel accelerator.
Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.
На рис. 1 показан чертеж схемы, поясняющей устройство многоапертурного согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов и его работу, где:In fig. 1 shows a diagram of a diagram explaining the device of a multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams and its operation, where:
1 - корпус,1 - case,
2 - обечайки,2 - shells,
3 - трубки дрейфа,3 - drift tubes,
4 - силовые линии электрического поля в зазорах между трубками дрейфа,4 - lines of force of the electric field in the gaps between the drift tubes,
5 - конечные апертуры трубок дрейфа на выходе согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов,5 - final apertures of the drift tubes at the exit of the matching channel with radial compression of ion beams,
6 - входные апертуры трубок дрейфа ускоряющей ВЧ системы,6 - input apertures of the drift tubes of the accelerating HF system,
БП - блок электропитания.BP - power supply unit.
На рис. 2 показан общий вид многоапертурного согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов, где:In fig. 2 shows a general view of a multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams, where:
2 - обечайки (аналогично рис. 1),2 - shells (similar to Fig. 1),
3 - трубки дрейфа (аналогично рис. 1),3 - drift tubes (similar to Fig. 1),
7 - стойки,7 - racks,
8 - фланцы.8 - flanges.
На рис. 3 показан вид со стороны ускоряющей ВЧ системы многоапертурного согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов, где:In fig. 3 shows a view from the side of the accelerating RF system of a multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams, where:
5 - конечные апертуры трубок дрейфа на выходе согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов (аналогично рис. 1),5 - final apertures of the drift tubes at the exit of the matching channel with radial compression of ion beams (similar to Fig. 1),
7 - стойки (аналогично рис. 2).7 - stands (similar to Fig. 2).
На рис. 4 показан вид со стороны источника ионов многоапертурного согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов, где:In fig. 4 shows a view from the side of the ion source of a multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams, where:
3 - трубки дрейфа (аналогично рис. 1),3 - drift tubes (similar to Fig. 1),
7 - стойки (аналогично рис. 2).7 - stands (similar to Fig. 2).
Пример реализации.An example of implementation.
На рис. 1 показана в схематичном виде конструкция, поясняющая процесс согласования апертур в данной полезной модели с входными апертурами трубок дрейфа 6 ускоряющей ВЧ системы многоапертурного ускорителя ионов и ее работу.In fig. 1 shows in a schematic form a structure that explains the process of matching the apertures in this utility model with the input apertures of the
Согласно рис. 1, отдельные каналы в данной полезной модели имеют общую в пространстве угловую направленность, сходящуюся к центральной продольной оси всего устройства, от ИИ к трубкам дрейфа ускоряющей ВЧ системы. Такая их траектория и предложенная конструкция данных каналов, позволяют согласовать выходные апертуры 5 конечных трубок дрейфа 3 по размерам и пространственному положению с апертурами 6 трубок дрейфа, установленных на входе ускоряющей ВЧ системы. Размеры апертур трубок дрейфа 3 отдельных каналов на входе многоапертурного согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов превосходят размеры апертур трубок дрейфа 3 этих же отдельных каналов, установленных на выходе данной полезной модели, что позволяет эффективно использовать большую часть плазменной поверхности ИИ, для экстракции и ускорения ионов в ускорителе, вне зависимости от размеров этой поверхности.According to fig. 1, individual channels in this utility model have a common angular directivity in space, converging to the central longitudinal axis of the entire device, from the AI to the drift tubes of the accelerating HF system. Such their trajectory and the proposed design of these channels make it possible to match the output apertures of the 5
Как показано на рис. 1, многоапертурный согласующий канал с радиальной компрессией пучков ионов состоит, из корпуса 1, выполненного в виде двух торцевых фланцев с апертурами для отдельных каналов и разделенных в пространстве 6-ю стойками, электрически изолированными от этих фланцев. Эти фланцы 8 и стойки 7 показаны на рис. 2, рис. 3, рис. 4. К этим стойкам, через электрические изоляторы крепятся обечайки 2, с апертурами отдельных ускоряющих каналов, рис. 1. Причем, диаметры апертур уменьшаются в сторону выходного фланца корпуса 1 таким образом, чтобы обеспечить согласование с размерами апертур 6 трубок дрейфа, установленных на входе ускоряющей ВЧ системы. Обечайки 2, электрически соединены с блоками электропитания (БП) таким образом, чтобы между ними возникала разность электрических потенциалов, величина которой обеспечивает электростатическую фокусировку пучка ионов, достаточную для его прохождения через трубки дрейфа 3 на длине тракта всего отдельного канала, рис. 1. В апертуры обечаек 2 установлены конусного вида трубки дрейфа 3 такой конструкции, при которой размеры входного и выходного отверстий каждой трубки дрейфа 3 совпадают с размером выходного отверстия предыдущей трубки дрейфа и размером входного отверстия последующей трубки дрейфа, соответственно, рис. 1. Это обеспечивает фокусировку и симметричное по радиусу обжатие ионного пучка «провисающим» фокусирующим электрическим полем 4, при ускорении пучка в зазоре между трубками дрейфа 3.As shown in fig. 1, a multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams consists of a housing 1 made in the form of two end flanges with apertures for separate channels and separated in space by 6 posts electrically isolated from these flanges. These flanges 8 and
Многоапертурный согласующий канал с радиальной компрессией пучков ионов работает следующим образом. Ионы, экстрагированные из плазмы ИИ в трубку дрейфа 3 отдельного канала электрическим полем первой обечайки 2 и ускоренные этим полем, пройдя через первую по ходу пучка трубку дрейфа 3, попадают в зазор между выходом этой трубки дрейфа и входом трубки дрейфа 3, установленной в апертуре следующей обечайки 2, рис. 1. Электрическое поле 4 в этом зазоре действует на ионный пучок аналогично иммерсионной электростатической линзе (принцип которой изложен в работе С.И. Молоковский, А.Д. Сушков. Интенсивные электронные и ионные пучки. М. ЭнергоАтомиздат 1991. С. 89-99), фокусируя ионы к центральной продольной оси канала «провисающими» к ней силовыми линиями электрического поля 4, рис. 1. Электростатическая фокусировка ионного пучка статическим электрическим полем (принцип которой изложен в работе С.И. Молоковский, А.Д. Сушков. Интенсивные электронные и ионные пучки. М. ЭнергоАтомиздат 1991. С. 26-31) возникает в результате особой конфигурации, а именно, симметричного провисания к центральной оси зазора, силовых линий электрического поля 4 в области между трубками дрейфа 3, рис. 1. Суть эффекта данной фокусировки состоит в том, что на ионы, вышедшие из первой трубки дрейфа, электрическое поле действует с силой F, различной направленности в первой и во второй половинах этого зазора, рис. 1. Горизонтальная составляющая этой силы ускоряет ионы на всем протяжении зазора. Вертикальная составляющая силы F, на первой половине зазора смещает ионы в сторону его центральной оси, рис. 1, вызывая эффект фокусировки. На второй половине данного зазора, вертикальная составляющая силы F отклоняет ионы в противоположную сторону, рис. 1, дефокусируя ионный пучок, так как ионы в первой половине зазора обладают меньшей скоростью, чем во второй, и затрачивают на ее прохождение большее время, чем время прохождения второй половины зазора, которую они проходят с большей скоростью, так как постоянно испытывают ускорение на всем промежутке между трубками дрейфа от действия горизонтальной составляющей силы F, рис. 1. В результате суммарного действия перечисленных выше факторов в зазоре между смежными трубками дрейфа возникает эффект фокусировки ионного пучка. Разность электрических потенциалов в зазорах между трубками дрейфа 3 установлена такой величины, чтобы ионный пучок, проходя через соответствующую трубку дрейфа, без потерь попадал в следующий зазор. Такой алгоритм движения ионов повторяется во всех зазорах на протяжении отдельного канала и действует во всех отдельных каналах данной полезной модели. Общая направленность электрических полей в зазорах между трубками дрейфа 3 отдельных каналов, рис. 1, позволяет отклонять ионные пучки от периферии, сводя их к центральной продольной оси многоапертурного согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов. Конфигурация силовых линий электрического поля в зазорах между трубками дрейфа 3, рис. 1, создавая эффект фокусировки, способствует радиальной компрессии (обжатию) ионного пучка в этих промежутках в процессе пролета ионов через канал.A multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams operates as follows. The ions extracted from the ionizing plasma into the
Примененное техническое решение, с одинаковыми по размерам и уменьшающимися по величине от входа многоапертурного согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов к его выходу, выходные и соответствующие им входные апертуры смежных трубок дрейфа 3 в совокупности с изменяющейся по величине разностью электрических потенциалов на обечайках 2, в апертуры которых установлены эти трубки дрейфа 3, рис. 1, создает факторы, позволяющие увеличивать жесткость фокусировки ионов в зазорах между трубками дрейфа по мере прохождения пучка по отдельному каналу, усиливая возможность его обжатия. Это способствует росту плотности ионов в пучке и увеличению тока в канале. Размеры выходных апертур 5 в трубках дрейфа 3 отдельных каналов, установленных на выходе многоапертурного согласующего канала с радиальной компрессией пучков ионов, согласованы по величине и положению в пространстве с соответствующими каналами 6 трубок дрейфа ускоряющей ВЧ системы ускорителя, рис. 1.The applied technical solution, with the same size and decreasing in magnitude from the input of the multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams to its output, the output and corresponding input apertures of
Реализованная в предложенной заявке возможность разнесения в пространстве областей экстракции ионов из плазмы с одновременной радиальной компрессией ионных пучков в отдельных каналах, позволяет в многолучевых ускорителях ионов, при малой плотности ионной компоненты в плазме, увеличивать суммарный ток ускоренного ускорителем ионного пучка.Implemented in the proposed application, the possibility of spatially spaced regions of ion extraction from plasma with simultaneous radial compression of ion beams in separate channels allows in multi-beam ion accelerators, with a low density of the ion component in the plasma, to increase the total current of the ion beam accelerated by the accelerator.
Многоапертурный согласующий канал с радиальной компрессией пучков ионов отличается простотой конструкции, надежностью работы и дешевизной изготовления.The multi-aperture matching channel with radial compression of ion beams is distinguished by its simplicity of design, reliable operation, and low cost of manufacture.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021119283U RU207660U1 (en) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | MULTIAPERTURE MATCHING CHANNEL WITH RADIAL COMPRESSION OF ION BEAMS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021119283U RU207660U1 (en) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | MULTIAPERTURE MATCHING CHANNEL WITH RADIAL COMPRESSION OF ION BEAMS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU207660U1 true RU207660U1 (en) | 2021-11-09 |
Family
ID=78467086
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021119283U RU207660U1 (en) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | MULTIAPERTURE MATCHING CHANNEL WITH RADIAL COMPRESSION OF ION BEAMS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU207660U1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU856370A1 (en) * | 1980-05-12 | 1985-03-30 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт | Accelerating structure |
FR2588714A1 (en) * | 1985-10-15 | 1987-04-17 | Inst Yadernoi Fiz Sib | High frequency ion accelerator with drift tubes |
RU2163426C1 (en) * | 1999-09-10 | 2001-02-20 | Государственный научный центр РФ - Институт теоретической и экспериментальной физики | Multichannel accelerating structure for linear resonance ion accelerator |
RU2533194C2 (en) * | 2012-12-04 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Институт Теоретической и Экспериментальной Физики" | High-frequency accelerating structure for ion beams extracted from laser plasma |
RU2560108C1 (en) * | 2014-04-21 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" "Государственный научный центр Российской Федерации-Институт Теоретической и Экспериментальной Физики" | High-frequency structure for accelerating cluster ions |
US9131594B2 (en) * | 2010-02-24 | 2015-09-08 | Siemens Aktiengesellschaft | RF resonator cavity and accelerator |
-
2021
- 2021-07-01 RU RU2021119283U patent/RU207660U1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU856370A1 (en) * | 1980-05-12 | 1985-03-30 | Московский Ордена Трудового Красного Знамени Инженерно-Физический Институт | Accelerating structure |
FR2588714A1 (en) * | 1985-10-15 | 1987-04-17 | Inst Yadernoi Fiz Sib | High frequency ion accelerator with drift tubes |
RU2163426C1 (en) * | 1999-09-10 | 2001-02-20 | Государственный научный центр РФ - Институт теоретической и экспериментальной физики | Multichannel accelerating structure for linear resonance ion accelerator |
US9131594B2 (en) * | 2010-02-24 | 2015-09-08 | Siemens Aktiengesellschaft | RF resonator cavity and accelerator |
RU2533194C2 (en) * | 2012-12-04 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр Российской Федерации - Институт Теоретической и Экспериментальной Физики" | High-frequency accelerating structure for ion beams extracted from laser plasma |
RU2560108C1 (en) * | 2014-04-21 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" "Государственный научный центр Российской Федерации-Институт Теоретической и Экспериментальной Физики" | High-frequency structure for accelerating cluster ions |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2344577C2 (en) | Plasma accelerator with closed electron drift | |
US10051722B2 (en) | Synchrotron injector system and operating method for drift tube linear accelerator | |
EP2485571A1 (en) | High-current single-ended DC accelerator | |
US10192727B2 (en) | Electrodynamic mass analysis | |
KR20230038576A (en) | Ion implantation systems, methods of operating them, and linear accelerators | |
WO2006054528A1 (en) | Ion implantation device | |
JP4371215B2 (en) | Charged particle beam transport apparatus and linear accelerator system provided with the same | |
Goncharov et al. | Focusing of high-current, large-area, heavy-ion beams with an electrostatic plasma lens | |
RU207660U1 (en) | MULTIAPERTURE MATCHING CHANNEL WITH RADIAL COMPRESSION OF ION BEAMS | |
US20210257180A1 (en) | Dynamic Electron Impact Ion Source | |
JP2018156846A (en) | Ion source and ion beam generating method | |
RU149963U1 (en) | ION TRIODE FOR NEUTRON GENERATION | |
US6974950B2 (en) | Positive and negative ion beam merging system for neutral beam production | |
US5247263A (en) | Injection system for tandem accelerators | |
US3376469A (en) | Positive ion-source having electron retaining means | |
RU2760276C1 (en) | Method for increasing the cluster ion beam current | |
RU2764147C1 (en) | Injector for cluster ion accelerator | |
US7825601B2 (en) | Axial Hall accelerator with solenoid field | |
Gulbekian et al. | Proposed design of axial injection system for the DC-280 cyclotron | |
US4128764A (en) | Collective field accelerator | |
RU2558384C2 (en) | Gas stripping target | |
JPH05251036A (en) | Charging particle filter method, energy filter device, analyzer having energy filter device, electron impact ionization source and analyzer having electron impact ionization source | |
Larson | Beam transport through electrostatic accelerators and matching into post accelerators | |
CN106061092A (en) | High-current quadrupole lens ion accelerating tube | |
US8138677B2 (en) | Radial hall effect ion injector with a split solenoid field |