SU638221A1 - Ионна пушка - Google Patents

Description

1

Изобретение отноеите  к уекорительной технике и может быть использовано дл  генерации сильноточных ионных пучков.

Извеетиа ионна  пушка Ll, 21, состо нии из солеио 1л.а, создаюи1,его имнульсное магиитиое no/ie, и отражательного триода, имеющего два полупрозрачных металлических катода с общим тонким анодом, состо щим из металла и диэлектрика и укрепленным иа высоковольтном электроде.

В такой пушке при поступлении иоло;кнтельн ()го высоковольтного нмпульеа на анод под действием электрического пол  электроны эмиттнруютс  с катодов и ускор ютс , соверша  многократные прохождени  аиода, колебл сь между катодами. Потери эиергии электронов иучка иа ионизацию материала анода способствуют разогреву материала аиода н образованию в прианодиой области плаз.мы. Из илазмы иод действием электрического иол  выт гиваютс  в направлении к катодам ионы, которые вывод тс  из пушки дл  использовани . Создаваемое сОоТеиоидо.м нмпульеное магннтиое иоле необходимо дл  ликвидации иотерь электронов из-за кулоновского расталкивани  на обо; анода.

Это устройство позвол ет получпть ионные пучкн с плотностью тока, рассчитаииой

по закоиу Чайльда-Лэнгмюра, и полным током в дес тки килоампер.

К недостаткам устройства относитс  быстрое разрушение анода за одно или несколько срабатываний ионной пушки под действием электронного пучка.

Известна ионна  пушка, содержаш,а  внешний соленоид, анод, выполненный из проводника с дпэлектрическимп вставками,

ировод щий катод с диэлектрической вставкой на торце, расположенный коаксиально внутри анода. В катоде имеютс  отверстн , размещенные напротив диэлектрических вставок анода 131.

При поступлении высоковольтного полон нтельного импульса на внешний метал .ический анод за счет разно) электрической длины в металле и в диэлектрике по цоверхности анодной диэлектрической

вставкой иа торие, расположеиный коаксииробо  по.Пчаетс  плазма. Из илазмы в пределах каждой анодной диэлектрической вставки формируетс  ноток иоиов, ускор етс  электрическим пoлe и проходит через

отверсти  в катоде. Двига сь внутри катода , ионы, нейтрализованные во всем объеме катода но зар ду электронами плазмы, образованной бомбардировкой катодной диэлектрической вставки частью

ионов, достигают оси катода и затем оседают либо на стенках детектора, лиоо па стенках катода. РЬтульспое магнитное поле , создаваемое соленондом, обеепечивает полную отсечку электронного тока в диоде.

Устройство позвол ет увеличить срок службы анода, однако вывод иучка ионов в нем невозможен.

Цель изобретени  - вывод сильноточного нонного нучка из пушки.

Цель достпгаетс  тем, что апод и катод ионной пушкп выполнены в ви71,е усеченных конусов раструбами в сторону вывода нонного нучка, причем радиус днзлектрической вставки соотноситс  с радиусом менынего основани  катода как

/ - /

Ч в - А к с

где t/o - напр жение, приложеппое к дподу;

б - объемна  плотность зар да ионов, а высота катодной диэлектрической вставкн равпа длине отрезка, ограниченного точками иерссечеии  осп катода с плоскостью , проход щей через меньшее основание катода, с одной стороньг, п перпендикул ром , восстановленным в центре отверетн  нервого р да от основани  катода.

На чертеже показана конструкци  ионной пушки.

Ионна  пушка содержит внешний соленоид 1, анод 2-6 и катод 7, выполненные в виде усеченных полых конусов раструбами в сторону вывода ионного пучка, причем катод расположен коакспально внутрн анода. Анод состоит из внешнего металлического конуса 2, соединенного с высоковольтным электродом, изол тора 3 и внутренного металлического конуеа 4 с отверстн .ми на его боковой поверхности иод анодные диэлектрические вставки 5,  вл ющиес  источниками нонов. В центр каждой анодной диэлектрической вставки 5 введен металлический стержневой электрод 6, соединенный с внешним металличеекнм коиусом 2. На боковой поверхности катода 7 в соответствии с иоложенне.л анодных диэлектрических вставок 5, сделаны отверсти  дл  вывода ионных пучков. Диаметр отверстий d ; d где d - диаметр анодной днэлектричеекой ветавки 5. К торцу 7 кренитс  диэлектрический колпак 8, служащий дл  подавлени  эмиссии электронов с основаии  катода, и катодна  диэлектрическа  вставка 9, обесиечпваюша  нейтрализацию объемного зар да ионов, движущихс  внутри катода 7. Катодна  диэлектрическа  вставк-а 9 выполнена в виде цилиндра с радиусом основани  R и высотой h. Одним нз оснований она кренитс  к диэлектрическому колнаку 8. а высота ее выбрана равной длиие отрезка, ограничеиного точками нересечеин  оси катода с плоскостью, проход щей через меньшее основа.ние катода, н перпендикул ром к боковой поверхности катода, восстановленным в центре отверсти  иервого р да от осиоваии  катода.

При поступлении высоковольтного имнульса положительиой пол рности на внешний металлический конуе 2 анода и соединенный с 1П1М металлический стержневой электрод 6 происходит иробой по поверхности анодной диэлектрической вставки 5 между виутреппим металлическим конусом 4 п электродом 6 за счет разной электрической длины изол тора 3 и электрода 6. Этот пробой приводит к образованию плазмы, служащей источником ионов. Под действием электрического пол  в пределах каждой анодной диэлектрической вставки 5 в направлении к катоду 7 формируетс  ионный ноток. Цмиульсное магнитное поле внешнего соленоида 1 обеспечивает отсечку электрониого тока в зазоре между аиодом п катодом в течеиие всего импульса, т. е. выполнено условие магнитЕгой нзол ции

В 3.4 ,

где К - масштабиый фактор, К 2;

d - зазор г ежду анодом п катодом, см;

UQ - напр жение, приложенное к диоДУ , МБ,

В - напр женность магнитного иол , кГс.

Сформированные потоки ионов вход т через отверсти  внутрь катода и движутс  цод углом |5 90° к его оеи. За счет кулоновских сил расталкивани  между симметрично сход щимис  к оси конуса потоками их радиальна  составл юща  скорости уменьшаете  до нул , но при этом продольна  составл юща  скорости сохран етс . Часть ионов, вход щих через отверсти  р да, расположенного ближе других к меньшему основанию катода, бомбардирует катодную диэлектрическую вставку 9 и создает на ее поверхности плазму. Под действием электрического нол , создаваемого объемным зар дом ионов, вход щих через остальные отверсти , из плазмы выт гиваютс  электроны п движутс  вдоль силовых линий магнитного нол  10, образу  капал плазменных электронов. Радиальный размер канала определ етс  радиальным размером катодной диэлектрической вставки 9. Радиус катодной диэлектрической ветавкн 9 выбран равным радиусу , на котором ионы, движущиес  к оси катода, иотер ли полностью или большую часть радиальной скорости, п рассчитываетс  по формуле

R - Р Q-UIK

J в - к )

Claims (3)

1. где Ra - радиус катодной диэлектрической вставки 9; /,i - радиус меньшего основани  катода .7; Ни - напр жение, приложенное к диоду; 5 - объемна  плотность зар да После иопадани  в область канала плазменных электронов нонный ноток становитс  зар до-нейтральным (отсутствует кулоновское расталкивание) н при движении вдоль оси катода со скоростью, определ емой формулой; V где Ко --напр жение, приложенное к диоду; . , g - зар д иона; ;VI - масса нона; |5 - угол, нод которым нормаль к боковой поверхности катода пересекает ось катода, выводитс  из иун1ки. Предлагаема  ноина  иуи1ка позвол ет получать спльноточные ионные иучкп высоких плотностей ( А/см), представл ющие бо,1ьи:ой интерес в плане peaлпзаиии уиравл емого термо дерного синтеза , а также в (лгзнке  дра и смежных с нею област х. Формула изобретени  1. Ионна  nyuiKa, содержаща  виешнпП соленоид и диод, анод которого служит источником иоиов и расиоложен коаксиально снаружи катода, выполненный из проводника с днэлектрическимн вставками провод щий катод с диэлектрической вставкой на торне, с отверстн мн напротив диэ .лектрических вставок анода, отличающа с  тем, что, с целью вывода сильноточного ионного иучка из пущкп, аиод и катод ее выполнены в виде усеченных конусов раструбами в сторону вывода понного пучка, причем радиус диэлектрической вставки соотноситс  с радиусом меиьп1его осиоваии  катода как Р Rp-1J-f: V В к ) где /о - наир жение, ириложениое к диоду; б - объемна  плотность зар да 2. Пушка по п. 1, отличающа с  тем, что высота диэлектрической вставки равна длиие отрезка, ограннченного точками пересечени  оси катода с плоскостью, гфоход щей через меньптее основание катода , и иериснднкул ром к боковой поверхности катода, восстановленным в центре отверсти  первого р да от основани  катода . 11сточники информаиин, прии тыс во внимание ирп экспертизе 1.W. М. Black; Golden I.; Kapetana kos С. A. Bull. Am. Phys. Soc. 20, 1381, 1975Г.
2. 2.C. A. Kapetanakos, R. K. Parker; I. R. Chu. Appl. Phys. Lett. 26, 284. 1975 r.
3. 3.A. niimphries; Ir. R. N. Sudan; L. Willey. I. Appl. Phys. 47, N 6, 2382,