RU2098170C1

RU2098170C1 - Device for separating charged particles by masses

Info

Publication number: RU2098170C1
Application number: RU96112703A
Authority: RU
Original assignee: Алтайский государственный технический университет им.И.И.Ползунова
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1997-12-10

Abstract

FIELD: nuclear engineering. SUBSTANCE: vacuum chamber accommodates charged-particles source, insulators, charged-particles separator, and charged-particles collector. Charged-particles source has ionizing chamber and electrodes that form pulling field. Charged- particles separator is made of tubes bent at different radii over arcs of circular orbits of charged particles and mounted one on top of other with common internal contact. Tubes are provided with longitudinal slits on side of largest bending radius of each tube is symmetry plane of tubes. Central conductor is placed inside tube of smaller diameter concentrically to it. Charged- particles source is placed between central conductor and common contact point of all tubes. Charged particles are separated by masses at diverging magnetic barriers of magnetic field built up by separator diverging tubes carrying unidirectional currents. EFFECT: improved selectivity in separating charged particles by masses, reduced loss of separated material, reduced power requirement and size of device. 3 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования при разделении заряженных частиц, а также может быть использовано для выделения изотопов из их естественной смеси. The invention relates to nuclear engineering and is intended for use in the separation of charged particles, and can also be used to isolate isotopes from their natural mixture.

Известно несколько устройств для разделения заряженных частиц по массам электромагнитным методом. Устройства разработаны в процессе поиска методов разделения изотопов и методов управления пучками заряженных частиц в ускорительной технике. Для разделения заряженных частиц используют центробежную силу и силу Лоренца, действующие на движущиеся в электрическом и магнитном поле заряженные частицы. Several devices are known for separating charged particles into masses by the electromagnetic method. The devices were developed in the search for isotope separation methods and methods for controlling charged particle beams in accelerator technology. The centrifugal force and Lorentz force acting on charged particles moving in an electric and magnetic field are used to separate charged particles.

Известно устройство ускоритель прямого действия, в котором одновременно с ускорением ионов различного типа осуществляется их селекция (И.А. Кащеев, В. А. Дергачев. Электромагнитное разделение изотопов и изотопный анализ. М. Энергоатомиздат. 1989). Устройство содержит вакуумную камеру, в которой помещены источник ионов, электроды, формирующие электростатическое поле с продольной и радиальной составляющими вектора напряженности, источник магнитного поля в виде катушки, формирующей статическое магнитное поле, пространственно смещенное с электрическим, и приемник заряженных частиц. A known device is a direct-action accelerator, in which, simultaneously with the acceleration of ions of various types, they are selected (I. A. Kashcheev, V. A. Dergachev. Electromagnetic separation of isotopes and isotope analysis. M. Energoatomizdat. 1989). The device contains a vacuum chamber in which an ion source is placed, electrodes forming an electrostatic field with longitudinal and radial components of the intensity vector, a magnetic field source in the form of a coil forming a static magnetic field spatially displaced with an electric field, and a charged particle receiver.

Недостатком такого устройства является низкая селективность разделения заряженных частиц по массам и ограниченная возможность управления пучками заряженных частиц. The disadvantage of this device is the low selectivity of the separation of charged particles by mass and the limited ability to control beams of charged particles.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к заявляемому изобретению является устройство для разделения заряженных частиц по массам, в котором разделение частиц осуществляется в электрическом и магнитном полях кольцевых витков и кольцевых катушек (см. пат. РФ N 1772939, МПК⁵ В 01 D 59/48, H 05 H 5/00). Устройство содержит вакуумную камеру, в которой помещены источник заряженных частиц, сепаратор заряженных частиц, приемник заряженных частиц, электроды, формирующие электростатическое поле с продольной и радиальной составляющими вектора напряженности, источник магнитного поля в виде катушки, формирующей статическое магнитное поле, пространственно смещенное с электрическим. Для повышения селективности в устройстве имеются кольцевые электроды и кольцевые катушки, расположенные в местах поворота по радиусу заряженных частиц и образующие статические аксиально-симметричные возмущающие поля с мультипольной, дипольной или квадрупольной структурой. Источник и приемник заряженных частиц выполнены кольцевыми и соосными. Сепаратор состоит из электродов, формирующих электростатическое поле, катушки, формирующей статическое магнитное поле, пространственно совмещенное с электростатическим, кольцевых электродов и катушек, формирующих электрическое и магнитные поля, кольцевых электродов и кольцевых катушек, образующих возмущающие поля.The closest in technical essence and the achieved result (prototype) to the claimed invention is a device for separating charged particles by mass, in which the separation of particles is carried out in the electric and magnetic fields of ring turns and ring coils (see US Pat. RF N 1772939, IPC ⁵ V 01 D 59/48, H 05 H 5/00). The device contains a vacuum chamber in which a source of charged particles, a separator of charged particles, a receiver of charged particles, electrodes forming an electrostatic field with longitudinal and radial components of the tension vector are placed, a magnetic field source in the form of a coil forming a static magnetic field spatially displaced with an electric field. To increase the selectivity, the device has ring electrodes and ring coils located in the places of rotation along the radius of charged particles and forming static axially symmetric disturbing fields with a multipole, dipole or quadrupole structure. The source and receiver of charged particles are circular and coaxial. The separator consists of electrodes forming an electrostatic field, coils forming a static magnetic field spatially combined with electrostatic, ring electrodes and coils forming electric and magnetic fields, ring electrodes and ring coils forming disturbing fields.

Недостатками описанного устройства являются, во-первых, низкая селективность при разделении заряженных частиц по массам вследствие ограниченных возможностей расщепления пучков изотопных ионов, т.е. это устройство не позволяет закручивать по круговой орбите только один пучок легких изотопных ионов, закручивать пучки легких и тяжелых изотопных ионов по единой круговой орбите, опускать пучок тяжелых изотопных ионов с круговой орбиты на прямолинейную траекторию, опускать оба пучка легких и тяжелых изотопных ионов с единой круговой орбиты на прямолинейные траектории; во-вторых, большие потери разделяемого вещества, т.к. устройство работает с рассеянными потоками ионов; в-третьих, высокое энергопотребление вследствие использования энергоемкой торовидной катушки источника магнитного поля; в-четвертых, большие габариты из-за применения громоздкого источника магнитного поля в виде катушки с обмоткой и магнитопроводом. The disadvantages of the described device are, firstly, the low selectivity in the separation of charged particles by mass due to the limited possibilities of splitting the beams of isotopic ions, i.e. this device does not allow to spin in a circular orbit only one beam of light isotopic ions, to spin the beams of light and heavy isotopic ions in a single circular orbit, to lower the beam of heavy isotopic ions from a circular orbit to a straight path, to lower both beams of light and heavy isotopic ions from a single circular orbits on straight trajectories; secondly, large losses of the separated substance, because the device works with scattered ion flows; thirdly, high energy consumption due to the use of energy-intensive toroidal coil source of a magnetic field; fourthly, large dimensions due to the use of a bulky source of magnetic field in the form of a coil with a winding and a magnetic circuit.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве для разделения заряженных частиц по массам, содержащем вакуумную камеру, в которой размещены источник заряженных частиц, сепаратор заряженных частиц и приемник заряженных частиц, сепаратор заряженных частиц выполнен в виде изогнутых по дугам круговых орбит заряженных частиц труб, установленных друг в друге с общим внутренним касанием в порядке убывания радиусов изгиба труб в направлении от области их касания, и снабженных продольными щелевыми прорезями, которые размещены со стороны наибольшего радиуса изгиба каждой трубы в плоскости симметрии труб, и введенного в устройство центрального проводника, расположенного концентрично трубе меньшего диаметра внутри нее, а источник заряженных частиц размещен между центральным проводником и местом касания всех труб. The essence of the invention lies in the fact that in the device for separating charged particles by mass, containing a vacuum chamber in which a source of charged particles, a charged particle separator and a charged particle receiver are located, the charged particle separator is made in the form of charged pipe particles curved in circular arcs of circular orbits, installed in each other with a common internal touch in decreasing order of the bending radii of the pipes in the direction from the area of their contact, and provided with longitudinal slotted slots that are placed on the side cities account for major radius of curvature of each tube in the plane of symmetry of the pipe and inserted in the central conductor device located concentrically inside the tube of smaller diameter it and the source of charged particles is placed between the central conductor and the place of contact of the tubes.

Целью изобретения является повышение селективности при разделении заряженных частиц по массам, сокращение потерь разделяемого вещества, снижение энергопотребления и уменьшение габаритов устройства для разделения заряженных частиц по массам. The aim of the invention is to increase the selectivity in the separation of charged particles by mass, reducing losses of the separated substance, reducing energy consumption and reducing the size of the device for separating charged particles by mass.

Повышение селективности при разделении заряженных частиц по массам обеспечивается вследствие увеличения возможностей расщепления пучков изотопных ионов, т.е. предлагаемое устройство позволяет закручивать по круговой орбите только пучок легких изотопных ионов, закручивать пучки легких и тяжелых изотопных ионов по различным круговым орбитам, закручивать пучки легких и тяжелых изотопных ионов по единой круговой орбите, опускать пучок тяжелых изотопных ионов с круговой орбиты на прямолинейную траекторию, опускать оба пучка изотопных ионов с единой круговой орбиты на прямолинейные траектории, опускать оба пучка легких и тяжелых изотопных ионов с различных круговых орбит на прямолинейные траектории. The increase in selectivity in the separation of charged particles by mass is provided due to an increase in the possibilities of splitting of isotopic ion beams, i.e. the proposed device allows you to spin in a circular orbit only a bunch of light isotopic ions, twist the beams of light and heavy isotopic ions in different circular orbits, twist the beams of light and heavy isotopic ions in a single circular orbit, lower the beam of heavy isotopic ions from a circular orbit into a straight path, lower both beams of isotopic ions from a single circular orbit to straight paths, lower both beams of light and heavy isotopic ions from different circular orbits to straight paths torii.

Сокращение потерь разделяемого вещества достигается путем разделения нерассеянных узких пучков изотопных ионов. Разделение нерассеянных узких пучков изотопных ионов обеспечивается при определенной последовательности расположения изогнутых труб в зависимости от их радиуса кривизны. Reducing the loss of the separated substance is achieved by separating the unscattered narrow beams of isotopic ions. Separation of unscattered narrow beams of isotopic ions is provided with a certain sequence of arrangement of curved pipes depending on their radius of curvature.

Снижение энергопотребления обеспечивается вследствие того, что предлагаемый в устройстве сепаратор одновременно выполняет функцию источника магнитного поля и позволяет исключить энергоемкие электромагниты. Reducing energy consumption is ensured due to the fact that the separator proposed in the device simultaneously performs the function of a magnetic field source and eliminates energy-intensive electromagnets.

Уменьшение габаритов устройства достигается за счет получения максимального расщепления на малой длине сепаратора, а также вследствие выполнения сепаратора в виде системы труб, являющейся одновременно источником магнитного поля, что исключает применение громоздких электромагнитов. The reduction in the dimensions of the device is achieved by obtaining the maximum splitting on the small length of the separator, and also due to the separator in the form of a pipe system, which is also a source of magnetic field, which eliminates the use of bulky electromagnets.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для разделения заряженных частиц по массам; на фиг. 2 вертикальный разрез сепаратора заряженных частиц; фиг. 3 вид сверху сепаратора заряженных частиц. In FIG. 1 shows a general view of a device for separating charged particles by mass; in FIG. 2 vertical section of a charged particle separator; FIG. 3 is a top view of a charged particle separator.

Устройство для разделения заряженных частиц по массам содержит вакуумную камеру 1, в которой размещены источник 2 заряженных частиц, состоящий из ионизационной камеры 3 и формирующих вытягивающее электрическое поле электродов 4, изоляторы 5, сепаратор 6 заряженных частиц, выполненный в виде изогнутых с разными радиусами по дугам круговых орбит заряженных частиц труб 7,8,9, установленных друг в друге с общим внутренним касанием, в порядке убывания радиусов изгиба труб в направлении от области их касания, и центрального проводника 10, приемники 11 и 12 заряженных частиц. A device for separating charged particles by mass contains a vacuum chamber 1, in which a source of charged particles 2 is placed, consisting of an ionization chamber 3 and forming electrodes 4 that draw an electric field, insulators 5, a charged particle separator 6, made in the form of curved arcs with different radii circular orbits of charged particles of pipes 7,8,9 installed in each other with a common internal touch, in decreasing order of the bending radii of the pipes in the direction from the area of their contact, and the central conductor 10, receivers 11 and 12 charged particles.

Сепаратор заряженных частиц, изготовленный в виде системы расходящихся труб 7,8,9, по которым протекают постоянные по направлению электрические токи, формирующие статическое магнитное поле с расходящимися магнитными барьерами для разделения изотопов, одновременно является источником магнитного поля. Магнитными барьерами являются повышенные значения магнитной индукции в напряженных областях пространства около указанных труб. Сепаратор 6 содержит трубу 7 большого диаметра, изготовленную из проводящего или сверхпроводящего электрический ток материала, трубу 8 среднего диаметра, изготовленную из проводящего или сверхпроводящего материала, трубу 9 меньшего диаметра из проводящего или сверхпроводящего материала, центральный проводник 10 из проводящего или сверхпроводящего материала и изоляторы 5. Проводящие или сверхпроводящие трубы 7,8,9 имеют различные диаметры и расположены друг в друге с общим внутренним касанием, т.е. один конец одной трубы 7 совмещен в одной и той же точке с одним концом второй трубы 8 и с одним концом третьей трубы 9. Каждая из труб 7,8,9 и центральный проводник 10 расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через оси всех труб 7,8,9 и центрального проводника 10. Каждая из труб 7,8,9 загнута по дуге окружности, радиус которой соответствует радиусу круговой орбиты заряженных частиц. В каждой из труб 7,8,9 со стороны наибольшего радиуса изгиба каждой трубы прорезана продольная щель, при этом оси щелей лежат в плоскости симметрии труб 7,8,9 и центрального проводника 10. Центральный проводник 10 расположен внутри трубы 9 меньшего диаметра концентрично ей. Данное последовательное расположение изогнутых труб обеспечивает разделение пучков заряженных частиц в зависимости от их массы. Проводник 10 и труба 9 дистанцированы изоляторами 5. Источник заряженных частиц 2 размещен между проводником 10 и местом касания всех труб 7,8,9. The charged particle separator, made in the form of a system of diverging tubes 7,8,9, through which electric currents that are constant in direction, forming a static magnetic field with diverging magnetic barriers for separating isotopes, is simultaneously a source of a magnetic field. Magnetic barriers are elevated values of magnetic induction in stressed areas of space near these pipes. The separator 6 comprises a large diameter pipe 7 made of a conducting or superconducting electric current material, a medium diameter pipe 8 made of a conducting or superconducting material, a smaller diameter pipe 9 of a conducting or superconducting material, a central conductor 10 of a conducting or superconducting material, and insulators 5 Conducting or superconducting pipes 7,8,9 have different diameters and are located in each other with a common internal touch, i.e. one end of one pipe 7 is aligned at the same point with one end of the second pipe 8 and with one end of the third pipe 9. Each of the pipes 7,8,9 and the central conductor 10 are located symmetrically relative to the plane passing through the axis of all pipes 7, 8.9 and the central conductor 10. Each of the pipes 7.8.9 is bent along an arc of a circle whose radius corresponds to the radius of the circular orbit of charged particles. In each of the pipes 7.8.9, a longitudinal slot is cut through from the side of the greatest bending radius of each pipe, while the axis of the slots lie in the plane of symmetry of the pipes 7.8.9 and the central conductor 10. The central conductor 10 is located concentrically to it inside the pipe 9 of a smaller diameter . This sequential arrangement of bent pipes ensures the separation of beams of charged particles depending on their mass. The conductor 10 and the pipe 9 are spaced apart by the insulators 5. A source of charged particles 2 is placed between the conductor 10 and the point of contact of all pipes 7,8,9.

Для индуцирования магнитного поля с магнитными барьерами вдоль центрального проводника 10 и вдоль каждой из труб 7,8,9 необходимо подать электрический ток в одном направлении и по трубам 7,8,9 и по центральному проводнику 10. Положительный потенциал при этом, общий для всех труб 7,8,9 и центрального проводника 10 подается на концы труб 7,8,9 и центрального проводника 10 в том конце сепаратора 6, в котором вводятся разделяемые положительно заряженные частицы. Отрицательные потенциалы подаются на концы труб 7,8,9 и центрального проводника 10 в другом конце сепаратора 6, в котором выводятся разделенные положительно заряженные частицы. Значения разности потенциалов регулируются, при этом изменяются электрические токи по трубам 7,8,9 и по центральному проводнику 10. Распределение индукции по радиусу сепаратора 6 заряженных частиц в зоне разделения заряженных частиц таково, что получается поле с расходящимися барьерами магнитной индукции. To induce a magnetic field with magnetic barriers along the central conductor 10 and along each of the pipes 7,8,9, it is necessary to apply electric current in one direction and through the pipes 7,8,9 and along the central conductor 10. At the same time, a positive potential common to all pipes 7,8,9 and the central conductor 10 is fed to the ends of the pipes 7,8,9 and the central conductor 10 at the end of the separator 6, in which the separated positively charged particles are introduced. Negative potentials are applied to the ends of the tubes 7,8,9 and the central conductor 10 at the other end of the separator 6, in which separated positively charged particles are output. The values of the potential difference are regulated, while the electric currents in the tubes 7,8,9 and in the central conductor 10 change. The distribution of induction along the radius of the separator 6 of charged particles in the separation zone of charged particles is such that a field with diverging barriers of magnetic induction is obtained.

Предлагаемое устройство для разделения заряженных частиц по массам работает следующим образом. The proposed device for separating charged particles by mass works as follows.

Принцип работы предлагаемого сепаратора заряженных частиц по массам заключается в том, что разделение заряженных частиц происходит на расходящихся магнитных барьерах магнитного поля. The principle of operation of the proposed separator of charged particles by mass is that the separation of charged particles occurs at diverging magnetic barriers of the magnetic field.

В ионизационной камере 3 источника 2 заряженных частиц происходит ионизация молекул разделяемых заряженных частиц, после чего ионы вытягиваются электрическим полем между электродами 4 источника 2 заряженных частиц и затем поступают в сепаратор 6. In the ionization chamber 3 of the source 2 of charged particles, the molecules of the separated charged particles are ionized, after which the ions are pulled by the electric field between the electrodes 4 of the source 2 of charged particles and then enter the separator 6.

Смесь разделяемых заряженных частиц подается из источника 2 заряженных частиц в сепаратор 6 заряженных частиц, в плоскости симметрии сепаратора 6, в пространство между центральным проводником 10 и местом соединения труб 7,8,9. Магнитный барьер магнитного поля вдоль короткого неразветвленного участка в месте соединения труб 7,8,9 создан всеми электрическими токами по трубам 7,8,9 и электрическим током по центральному проводнику 10, и поэтому магнитный барьер легко держит разделяемые заряженные частицы на единой мгновенной круговой орбите. По мере движения заряженные частицы попадают в область расхождения труб 7,8,9, т.е. в область расхождения электрических токов, в область магнитного поля с расходящимися магнитными барьерами и меньшими значениями магнитной индукции. Здесь электрическим током по трубе 9 меньшего диаметра и электрическим током по центральному проводнику 10 сформирован магнитный барьер такой высоты, и магнитная индукция поддерживается на таком уровне, когда пучок легких заряженных частиц остается на орбите, имеющей малый радиус, а пучок тяжелых заряженных частиц сходит с орбиты, имеющей малый радиус. Пучок тяжелых заряженных частиц в этом случае идет по орбите, имеющей средний радиус, или по орбите, имеющей большой радиус, или идет по прямолинейной траектории. Удержание пучка тяжелых заряженных частиц на орбите, имеющей средний радиус, производится другим магнитным барьером, т.е. достаточным значением магнитной индукции, созданной электрическим током, протекающим по трубе 8 среднего диаметра, электрическим током по трубе 9 меньшего диаметра и электрическим током по центральному проводнику 10. Понижение магнитного барьера вдоль трубы 8 среднего диаметра приводит к переходу пучка заряженных частиц со средней орбиты на орбиту большего радиуса, орбиту вдоль магнитного барьера около трубы 7 большого диаметра. Магнитный барьер вдоль трубы 7 большого диаметра индуцирован электрическим током по трубе 7 большого диаметра, электрическими токами по трубам 8 и 9 и электрическим током по центральному проводнику 10. Понижение магнитного барьера вдоль трубы 7 большого диаметра приводит к переходу пучка заряженных частиц с орбиты, имеющей большой радиус, на прямолинейную траекторию. Если требуется заряженные частицы перевести с орбиты, имеющей большой радиус, на орбиту, имеющую меньший радиус, то для этого увеличивают электрический ток, протекающий по трубе меньшего диаметра. Увеличение магнитной индукции, созданной током, протекающим по трубе меньшего диаметра, выводит заряженные частицы с орбиты, имеющей большей радиус, на орбиту, имеющую меньший радиус. A mixture of separated charged particles is supplied from a source of 2 charged particles to a charged particle separator 6, in the plane of symmetry of the separator 6, into the space between the central conductor 10 and the pipe junction 7,8,9. The magnetic barrier of the magnetic field along a short unbranched section at the junction of pipes 7,8,9 is created by all electric currents through the pipes 7,8,9 and electric current through the central conductor 10, and therefore the magnetic barrier easily holds the separated charged particles in a single instantaneous circular orbit . As they move, charged particles fall into the region of divergence of the tubes 7,8,9, i.e. into the region of divergence of electric currents, into the region of a magnetic field with diverging magnetic barriers and lower values of magnetic induction. Here, an electric barrier of such a height is formed by electric current through a pipe 9 of smaller diameter and electric current through the central conductor 10, and the magnetic induction is maintained at such a level that the beam of light charged particles remains in orbit with a small radius, and the beam of heavy charged particles leaves the orbit having a small radius. The beam of heavy charged particles in this case goes in an orbit having an average radius, or in an orbit having a large radius, or goes along a straight path. The beam of heavy charged particles is held in orbit with an average radius by another magnetic barrier, i.e. a sufficient value of the magnetic induction created by the electric current flowing through the pipe 8 of medium diameter, the electric current through the pipe 9 of a smaller diameter and the electric current through the central conductor 10. Lowering the magnetic barrier along the pipe 8 of the average diameter leads to the transfer of a beam of charged particles from the middle orbit into orbit larger radius, orbit along the magnetic barrier near the pipe 7 of large diameter. The magnetic barrier along the large-diameter pipe 7 is induced by electric current through the large-diameter pipe 7, electric currents through the pipes 8 and 9, and electric current through the central conductor 10. Lowering the magnetic barrier along the large-diameter pipe 7 leads to the transfer of a charged particle beam from an orbit having a large radius, on a straight path. If it is required to transfer charged particles from an orbit having a large radius to an orbit having a smaller radius, then the electric current flowing through the pipe of a smaller diameter is increased. An increase in the magnetic induction created by the current flowing through the pipe of a smaller diameter brings charged particles from the orbit with a larger radius to the orbit with a smaller radius.

Важнейшей особенностью сепаратора заряженных частиц является возможность закрутить по круговой орбите только легкие заряженные частицы, практически не изменяя прямолинейную траекторию тяжелых заряженных частиц. Расщепление l₁ пучков изотопных ионов в этом случае максимально и равно: l₁ R₁ R₁cos α где a угол поворота легкого изотопного иона по круговой орбите радиуса R₁. Подразумевается, что угол a < π/2 Протяженность L₁ зоны разделения заряженных частиц по массам в этом случае становится минимальной и определяется по формуле: L₁ R₁ α₁ где угол α₁ измеряется в радианах. Такой сепаратор заряженных частиц имеет небольшие размеры.The most important feature of the charged particle separator is the ability to spin only lightly charged particles in a circular orbit, practically without changing the rectilinear trajectory of heavy charged particles. The splitting of l ₁ beams of isotopic ions in this case is maximum and equal to: l ₁ R ₁ R ₁ cos α where a is the angle of rotation of the light isotopic ion in a circular orbit of radius R ₁ . It is understood that the angle a <π / 2 The length L _{1 of} the mass separation zone of charged particles in this case becomes minimal and is determined by the formula: L ₁ R ₁ α ₁ where angle α ₁ is measured in radians. Such a charged particle separator is small.

После сепаратора разделенные заряженные частицы попадают в приемники 11, 12 заряженных частиц и накапливаются в них. After the separator, the separated charged particles fall into the receivers 11, 12 of the charged particles and accumulate in them.

Приемники 11, 12 заряженных частиц изготовлены в виде карманов, каждый из которых предназначен для сбора заряженных частиц одной массы. Приемники 11, 12 заряженных частиц электрически отделены от вакуумной камеры 1 изоляторами 5. The receivers 11, 12 of charged particles are made in the form of pockets, each of which is designed to collect charged particles of the same mass. The receivers 11, 12 of charged particles are electrically separated from the vacuum chamber 1 by insulators 5.

Производительность устройства для разделения заряженных частиц по массам определяется током извлекаемых из источника ионов, растет при увеличении напряженности вытягивающего поля в устройстве, ширины и длины отверстия экстракции источника. Величина тока извлекаемых из источника ионов накладывает требования на размеры сепаратора и приемника заряженных частиц. The performance of the device for separating charged particles by mass is determined by the current of ions extracted from the source of the ion, increases with increasing tension field in the device, the width and length of the source extraction hole. The magnitude of the current extracted from the ion source imposes requirements on the dimensions of the separator and receiver of charged particles.

Изобретение по сравнению с известными техническими решениями в этой области позволяет повышать селективность при разделении заряженных частиц по массам, т. к. велико расщепление пучков изотопных ионов, сократить потери разделяемого вещества, т.к. разделяются узкие пучки изотопных ионов, снизить энергопотребление во время разделения частиц, т.к. отсутствуют энергоемкие электромагниты, уменьшить габариты устройства, т.к. во-первых, максимальное расщепление достигается на малой длине сепаратора, во-вторых, не требуется применение громоздких электромагнитов. The invention, in comparison with the known technical solutions in this area, allows to increase the selectivity in the separation of charged particles by mass, because the splitting of isotopic ion beams is large, and the losses of the separated substance are reduced, because narrow beams of isotopic ions are separated, to reduce energy consumption during particle separation, because there are no energy-intensive electromagnets, reduce the dimensions of the device, because firstly, maximum splitting is achieved over a short separator length; secondly, the use of bulky electromagnets is not required.

Кроме того, при использовании изобретения уменьшаются экономические затраты на заработную плату, амортизацию оборудования и его эксплуатацию, т.к. заявляемое устройство для разделения заряженных частиц по массам имеет малые размеры, не требует применения дорогих и громоздких электромагнитов. In addition, when using the invention reduces the economic costs of wages, depreciation of equipment and its operation, because The claimed device for separating charged particles by mass is small, does not require the use of expensive and bulky electromagnets.

Предлагаемое устройство для разделения заряженных частиц по массам испытано в режиме моделирования разделяемых ионных пучков не магнитными проводниками с электрическими токами. Легкие заряженные частицы моделированы легким не магнитным проводником с электрическим током. Тяжелые заряженные частицы моделированы тяжелым не магнитным проводником с таким же электрическим током. The proposed device for separating charged particles by mass is tested in the simulation mode of the separated ion beams by non-magnetic conductors with electric currents. Light charged particles are modeled by a light non-magnetic conductor with electric current. Heavy charged particles are modeled by a heavy non-magnetic conductor with the same electric current.

Claims

A device for separating charged particles by mass, containing a vacuum chamber in which a source of charged particles, a charged particle separator and a charged particle receiver are located, characterized in that the charged particle separator is made in the form of curved circular orbits of charged particles of pipes installed in one another with a common internal touch in decreasing order of the bending radii of the pipes in the direction from the area of their contact and equipped with longitudinal slotted slots that are placed on the side of the largest radius bending each tube in the plane of symmetry of the pipe and inserted in the central conductor device located concentrically tube of smaller diameter inside it and the source of charged particles is placed between the central conductor and the place of contact of the tubes.