RU2642852C1 - Device for stationary generation of ion beam - Google Patents

Device for stationary generation of ion beam Download PDF

Info

Publication number
RU2642852C1
RU2642852C1 RU2016142419A RU2016142419A RU2642852C1 RU 2642852 C1 RU2642852 C1 RU 2642852C1 RU 2016142419 A RU2016142419 A RU 2016142419A RU 2016142419 A RU2016142419 A RU 2016142419A RU 2642852 C1 RU2642852 C1 RU 2642852C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ion
electrodes
discharge chamber
gas discharge
upper flange
Prior art date
Application number
RU2016142419A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Александрович Баринов
Александр Александрович Панасенков
Вячеслав Сергеевич Петров
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2016142419A priority Critical patent/RU2642852C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2642852C1 publication Critical patent/RU2642852C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device for stationary generation of ion beam contains body with removable upper flange with high-voltage bushing for power and cooling supply with gas discharge chamber, electrodes of ion-optical system, and insulators located in it. The device contains a reference platform, mounted on the upper flange, with vertical supporting insulators mounted on it, on which gas discharge chamber is installed, and an adjuster with grounded and intermediate electrodes of ion-optical system mounted on it.
EFFECT: increasing the reliability of stationary operation of the ion source during long-term operation under the conditions of inevitable presence of impact loads.
1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области создания ионных источников, предназначенных для работы инжекторов быстрых атомов водорода в стационарном режиме (атомные пучки большой мощности - до 2 мегаватт), которые могут использоваться для нагрева плазмы в магнитных ловушках.The invention relates to the field of creating ion sources intended for the operation of injectors of fast hydrogen atoms in a stationary mode (high-power atomic beams up to 2 megawatts), which can be used to heat plasma in magnetic traps.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для стационарной генерации ионного пучка большой мощности, состоящее из газоразрядной камеры, изолирующей высоковольтной конструкции и многоэлектродной ионно-оптической системы, электроды которой оборудованы каналами для охлаждения и подающими и сливными коллекторами для охлаждающей воды (патент на ПМ №145256, оп. 10.09.14).A device is known for stationary generation of a high-power ion beam, consisting of a gas discharge chamber, an insulating high-voltage structure and a multi-electrode ion-optical system, the electrodes of which are equipped with cooling channels and supply and drain collectors for cooling water (patent for PM No. 145256, op. 10.09. fourteen).

Известно устройство для генерации стационарного пучка ионов водорода многомегаватной мощности (ITER Final Design Report, Design Description Document (DDD5.3) "Neutral Beam Heating and Current Drive (NBH&CD) System", July 2001). Устройство содержит вакуумный корпус со съемным верхним фланцем, с размещенным на нем высоковольтным вводом для подачи электропитания и охлаждения узлов ионного источника - газоразрядной камеры и электродов ионно-оптической системы (ИОС), также размещенных внутри вакуумного объема. ИОС состоит из 6 электродов - эмиссионного (плазменного), заземленного и 4 промежуточных - ускорительных электродов. Устройство содержит вертикальный опорный фланец, закрепленный на боковой стенке корпуса, на котором через горизонтальные керамические изоляторы закреплены электроды ИОС и газоразрядная камера. Горизонтальные керамические изоляторы воспринимают весовую нагрузку от узлов ионного источника. Недостаток такой конструкции - повышенная чувствительность к разрушению, так как горизонтальные керамические изоляторы работают на изгиб и может возникнуть их хрупкое разрушение при наличии весовых и ударных нагрузок в токамаке (срыв тока плазмы). Кроме того, эти ударные нагрузки могут вести к небольшим (десятки микрон) смещениям по вертикали электродов ионно-оптической системы относительно друг друга, что при длительной работе стационарного ионного источника приведет к расфокусировке генерируемого ионного пучка и увеличению мощностных нагрузок на элементы пучкового тракта.A device is known for generating a stationary beam of hydrogen ions of multi-megawatt power (ITER Final Design Report, Design Description Document (DDD5.3) "Neutral Beam Heating and Current Drive (NBH & CD) System", July 2001). The device comprises a vacuum housing with a removable upper flange, with a high-voltage input placed on it for supplying power and cooling to the ion source nodes - gas discharge chamber and electrodes of the ion-optical system (IOS), also located inside the vacuum volume. IOS consists of 6 electrodes - emission (plasma), grounded and 4 intermediate - accelerating electrodes. The device contains a vertical support flange mounted on the side wall of the housing, on which IOS electrodes and a gas discharge chamber are fixed through horizontal ceramic insulators. Horizontal ceramic insulators perceive the weight load from the nodes of the ion source. The disadvantage of this design is the increased sensitivity to destruction, since horizontal ceramic insulators work in bending and brittle destruction may occur in the presence of weight and shock loads in the tokamak (disruption of the plasma current). In addition, these shock loads can lead to small (tens of microns) vertical displacements of the electrodes of the ion-optical system relative to each other, which with prolonged operation of a stationary ion source will lead to a defocus of the generated ion beam and an increase in power loads on the elements of the beam path.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности стационарной работы ионного источника при длительной эксплуатации в условиях неизбежного наличия ударных нагрузок.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of the stationary operation of the ion source during long-term operation in conditions of the inevitable presence of shock loads.

Для достижения указанного результата предложено устройство для стационарной генерации ионного пучка, содержащее вакуумный корпус со съемным верхним фланцем, оборудованным высоковольтным вводом для подвода электропитания и охлаждения, с распложенными в нем газоразрядной камерой (ГРК), электродами ионно-оптической системы и изоляторами, при этом устройство содержит опорную платформу, закрепленную на верхнем фланце, с закрепленными на ней вертикальными опорными изоляторами, на которых установлена ГРК, и юстировочное устройство, с закрепленными на нем заземленным и промежуточным электродами ИОС.To achieve this result, a device for stationary generation of an ion beam is proposed, comprising a vacuum housing with a removable upper flange equipped with a high-voltage input for supplying power and cooling, with a gas discharge chamber (GDR) located therein, electrodes of the ion-optical system and insulators, while the device contains a supporting platform mounted on the upper flange, with vertical supporting insulators fixed on it, on which the GRK is installed, and an adjustment device, with a lock captured on it by grounded and intermediate electrodes of IOS.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства, где:In FIG. 1 shows a schematic diagram of a device, where:

1 - вакуумный корпус1 - vacuum housing

2 - верхний фланец2 - upper flange

3 - ввод электропитания и охлаждения3 - input power and cooling

4 - газоразрядная камера4 - gas discharge chamber

5 - эмиссионный электрод5 - emission electrode

6 - горизонтальные изоляторы6 - horizontal insulators

7 - промежуточный электрод7 - intermediate electrode

8 - заземленный электрод8 - grounded electrode

9 - узел сборки промежуточного и заземленного электродов9 - node assembly of the intermediate and grounded electrodes

10 - группа опорных изоляторов10 - group of supporting insulators

11 - опорная платформа11 - support platform

12 - тяга12 - thrust

13 - котировочное устройство13 - quotation device

Устройство для генерации стационарного пучка ионов водорода состоит из вакуумного корпуса 1 со съемным верхним фланцем 2, оборудованным высоковольтным изоляторным вводом 3, рассчитанным на ускоряющее напряжение до 100 кВ, через который осуществляется подвод электропитания и охлаждения узлов ионного источника. К верхнему фланцу 2 с помощью тяг 12 прикреплена опорная платформа из нержавеющей стали 11, на которой закреплены рассчитанные на полное ускоряющее напряжение опорные изоляторы 10, на которых установлена охлаждаемая медная газоразрядная камера 4 массой свыше 100 кг. Количество керамических опорных изоляторов для такой газоразрядной камеры равно 3, диаметр и высота составляют соответственно 100 и 200 мм. По сравнению с прототипом такой способ крепления газоразрядной камеры позволяет избежать поперечной весовой нагрузки на изоляторы, что повышает надежность работы всего устройства. Газоразрядная камера обеспечивает при мощности разряда около 150 кВт получение на эмиссионной поверхности плазмы площадью около 1000 см2 плотность тока водородных ионов до 0,25 А/см2.A device for generating a stationary beam of hydrogen ions consists of a vacuum housing 1 with a removable upper flange 2, equipped with a high-voltage insulator input 3, designed for an accelerating voltage of up to 100 kV, through which the power supply and cooling of the ion source units are supplied. A stainless steel support platform 11 is attached to the upper flange 2 using rods 12, on which support insulators 10, designed for full accelerating voltage, are mounted on which a cooled copper gas discharge chamber 4 with a mass of more than 100 kg is mounted. The number of ceramic support insulators for such a gas discharge chamber is 3, the diameter and height are 100 and 200 mm, respectively. Compared with the prototype, this method of attaching a gas discharge chamber avoids the lateral weight load on the insulators, which increases the reliability of the entire device. Discharge chamber provides at a discharge power of about 150 kW for receiving the plasma emission surface area of about 1000 cm 2 hydrogen ion current density to 0.25 A / cm 2.

Многоапертурные электроды ИОС, эмиссионный 5, промежуточный (ускоряющий) 7 и заземленный 8, изготавливаются из бескислородной меди. Охлаждение электродов осуществляется водой по проложенным в них каналам, которые присоединены к напорным и сливным коллекторам (на фиг. 1 не показаны). Эмиссионный электрод 5 присоединяется к газоразрядной камере через изолирующую рамку, на него и газоразрядную камеру подается ускоряющее напряжение. Промежуточный 7 и заземленный 8 электроды устанавливаются на отдельный узел сборки 9, где они взаимно юстируются и промежуточный электрод закрепляется на фланце узла 9 с помощью малогабаритных высотой 60 мм керамических изоляторов 6, рассчитанных на напряжение до 10 кВ.Multi-aperture electrodes of IOS, emission 5, intermediate (accelerating) 7 and grounded 8, are made of oxygen-free copper. The electrodes are cooled by water along the channels laid in them, which are connected to pressure and drain manifolds (not shown in Fig. 1). The emission electrode 5 is connected to the gas discharge chamber through an insulating frame, an accelerating voltage is applied to it and the gas discharge chamber. Intermediate 7 and grounded 8 electrodes are installed on a separate assembly unit 9, where they are mutually aligned and the intermediate electrode is fixed on the flange of the assembly 9 using small-sized 60 mm high ceramic insulators 6 rated for voltage up to 10 kV.

Для точной взаимной установки узла сборки электродов 9 и эмиссионного электрода 5 ионно-оптической системы ионного источника применено котировочное устройство 13, которое закреплено на опорной платформе 11 и обеспечивает настройку взаимного положения электродов с точностью не хуже 30 мкм.For accurate mutual installation of the assembly of the electrodes 9 and the emission electrode 5 of the ion-optical system of the ion source, a quotation device 13 is used, which is mounted on the supporting platform 11 and ensures the adjustment of the relative position of the electrodes with an accuracy of no worse than 30 μm.

Таким образом, предложенная конструкция устройства обеспечит его длительную работоспособность при эксплуатации в системе инжекции токамака.Thus, the proposed design of the device will ensure its long-term performance during operation in a tokamak injection system.

Claims (1)

Устройство для стационарной генерации ионного пучка, содержащее корпус со съемным верхним фланцем, оборудованным высоковольтным вводом для подвода электропитания и охлаждения, с расположенными в нем газоразрядной камерой, электродами ионно-оптической системы и изоляторами, отличающееся тем, что устройство содержит опорную платформу, закрепленную на верхнем фланце, с закрепленными на ней вертикальными опорными изоляторами, на которую установлена газоразрядная камера, и юстировочное устройство, с закрепленными на нем заземленным и промежуточным электродами ионно-оптической системы.A device for stationary generation of an ion beam, comprising a housing with a removable upper flange equipped with a high-voltage input for supplying power and cooling, with a gas discharge chamber located therein, electrodes of the ion-optical system and insulators, characterized in that the device comprises a support platform mounted on the upper flange, with vertical supporting insulators fixed to it, on which a gas discharge chamber is mounted, and an alignment device, with grounded mounted on it, etc. intermediate electrodes of the ion-optical system.
RU2016142419A 2016-10-27 2016-10-27 Device for stationary generation of ion beam RU2642852C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142419A RU2642852C1 (en) 2016-10-27 2016-10-27 Device for stationary generation of ion beam

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016142419A RU2642852C1 (en) 2016-10-27 2016-10-27 Device for stationary generation of ion beam

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2642852C1 true RU2642852C1 (en) 2018-01-29

Family

ID=61173309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016142419A RU2642852C1 (en) 2016-10-27 2016-10-27 Device for stationary generation of ion beam

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2642852C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808774C1 (en) * 2023-02-27 2023-12-05 Дмитрий Алексеевич Бондаренко Method for obtaining charged particles

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2022053C1 (en) * 1991-03-14 1994-10-30 Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева Apparatus for ion-plasma cleaning of dielectric surfaces
RU2141708C1 (en) * 1998-03-10 1999-11-20 Государственное предприятие "Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова" Device for pumping high-power pulse-periodic gas laser
US7183716B2 (en) * 2003-02-04 2007-02-27 Veeco Instruments, Inc. Charged particle source and operation thereof
US7696495B2 (en) * 2007-09-28 2010-04-13 Tel Epion Inc. Method and device for adjusting a beam property in a gas cluster ion beam system
RU145256U1 (en) * 2014-01-30 2014-09-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" DEVICE FOR STATIONARY GENERATION OF ION BEAM OF HIGH POWER

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2022053C1 (en) * 1991-03-14 1994-10-30 Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" им.акад.С.П.Королева Apparatus for ion-plasma cleaning of dielectric surfaces
RU2141708C1 (en) * 1998-03-10 1999-11-20 Государственное предприятие "Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова" Device for pumping high-power pulse-periodic gas laser
US7183716B2 (en) * 2003-02-04 2007-02-27 Veeco Instruments, Inc. Charged particle source and operation thereof
US7696495B2 (en) * 2007-09-28 2010-04-13 Tel Epion Inc. Method and device for adjusting a beam property in a gas cluster ion beam system
RU145256U1 (en) * 2014-01-30 2014-09-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" DEVICE FOR STATIONARY GENERATION OF ION BEAM OF HIGH POWER

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808774C1 (en) * 2023-02-27 2023-12-05 Дмитрий Алексеевич Бондаренко Method for obtaining charged particles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3794927A (en) System for producing high energy positively charged particles
KR101988538B1 (en) X-ray generating apparatus
RU2013123930A (en) ELECTRON BEAM GENERATION DEVICE
Chitarin et al. Start of SPIDER operation towards ITER neutral beams
JP5851997B2 (en) Low voltage multi-beam RF source
US20080142725A1 (en) Inertial electrostatic confinement fusion
US10490310B2 (en) Dielectric wall accelerator utilizing diamond or diamond like carbon
Kraus et al. First beam extraction experiments at BATMAN Upgrade
RU2238602C1 (en) Electron gun with linear hot cathode for electron-beam heating
RU2642852C1 (en) Device for stationary generation of ion beam
CN106531600A (en) Device of negative hydrogen ion source of hole-shaped water-cooled electrode extraction system
RU2703518C1 (en) Pulsed neutron generator
Naylor A folded tandem accelerator
JP2001052641A (en) Charged particle beam device
JP4689049B2 (en) Arc-free electron gun
KR101983294B1 (en) An Electron Structure of a Large Current Duo Plasmatron Ion Source for BNCT Accelerator and an Apparatus Comprising the Same
JP2005038825A5 (en)
CN111681937B (en) Cold cathode penning ion source device for high-energy ion implanter
JP2002329600A (en) Ion accelerating device
JPH07169426A (en) Ion beam generator
RU2794724C1 (en) Ion-optical ion source system
Neuenschwander et al. Engineering challenges of future light sources
RU145256U1 (en) DEVICE FOR STATIONARY GENERATION OF ION BEAM OF HIGH POWER
RU2288553C2 (en) Gas-filled diode with external magnetic insulation
RU2773038C1 (en) Pulse neutron generator