SU708544A1

SU708544A1 - Device for injection of heavy-current electron beam into apparatus with magnetic field

Info

Publication number: SU708544A1
Application number: SU772518934A
Authority: SU
Inventors: Андрей Николаевич Диденко; Борис Александрович Нечаев; Александр Ильич Рябчиков; Владимир Александрович Тузов
Original assignee: Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им. С.М.Кирова
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1980-01-05

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНЖЕКЦИИ СИЛЬНОТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА В УСТАНОВКУ С МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ(54) DEVICE FOR INJECTING A HIGH-POINT ELECTRON BEAM IN INSTALLATION WITH A MAGNETIC FIELD

Изобретение относитс к технике ускорени зар женных частиц и может найти применение в устройствах дл захвата на замкнутую орбиту сильноточного электронного пучка и в установках дл удержани и нагрева плазмы в магнитном поле с использованием сильноточных злектронных пучков. Известно устройство д)1 инжекции сильноточного электронного пучка в камеру с тороидальным магаитным полем 1. Недостатком вл етс значительное искажение внешнего магнитного пол во врем иижек даи пучка, снижающее эффективность инжекщш Кроме, того, такое устройство не позвол ет провести электронный пучок в магнитном поле на большое рассто ние внутрь камеры и таким образом не позвол ет инжектировать электроны в камеры большого сечени . Длина, на которую в этом устройстве проходит пучок, не отклон сь во внешнем тороидальном поле, сравнима, с диаметром спирального катода уско рител . Известно также .устройство дл инжекции электронного пучка в установку с поперечным магнитным полем, состо шее из сильнотх/чкогз электронного ускорител пр мого дейстйа, вакуумной камеры, установка, кчтуижл iv-.:r создани в ней мапштногр пол 2. Наиболее существенными его недостатками вл етс наличие зна штельных энергетически;. потерь электронного пучка при инхсект ии, св занных с соударени ми электронов со стенками газонаполненного щетиндра иконечным временем ионизации газового канала, что приводит к .потере электронов на переднем фтюнте до тех пор, пока не достигаетс необходима степень ионизации газа. Цель предлагаемого изобретени - уменьшение энергетических потерь электронного пучка. Дл этого вне вакуумной камеры установлен лазер, а на поверхности анода электронной пушки ускорител со стороны вакуумной камеры укреплена твердотельна мишень, помещенна внутри цилищфического сопла, причем оптическа ось лазера, оси электронной пушки и цилиндрического сопла совпадают. Сущность изобретени по сн етс чертежом.The invention relates to a technique for accelerating charged particles and can be used in devices for capturing a high-current electron beam into a closed orbit and in installations for holding and heating plasma in a magnetic field using high-current electron beams. A device is known. E) 1 injection of a high-current electron beam into a chamber with a toroidal magnetization field 1. The disadvantage is a significant distortion of the external magnetic field during the injection beam, which reduces the efficiency of the injection. a large distance inside the chamber and thus does not allow injecting electrons into the chambers of a large cross section. The length the beam travels in this device, which is not deviated in the external toroidal field, is comparable with the diameter of the spiral cathode accelerator. It is also known a device for injection of an electron beam into an installation with a transverse magnetic field, consisting of the strengths of the electron accelerator of a direct action, vacuum chamber, installation, which is iv-.:r creating a map field in it 2. the presence of the energy of the bed ;. electron beam losses due to insects associated with electron collisions with the walls of the gas-filled bristles and the ionization time of the gas channel, which leads to the loss of electrons on the front fusion line until the required degree of gas ionization is reached. The purpose of the invention is to reduce the energy loss of the electron beam. To do this, a laser is installed outside the vacuum chamber, and a solid target is placed on the anode surface of the electron gun of the vacuum chamber and placed inside the cylinder nozzle, the optical axis of the laser, the axis of the electron gun and the cylindrical nozzle coincide. The invention is illustrated in the drawing.

H;i чергсже следующие обозначени : 1 - лазер, 2 - отически прозрачное окно, 3 - катушки дл создани магни1Ного пол , 4 - вакуумна камера установки, 5 - цилиндрическое сопло, 6 - твердотельна мишснь , 7 - анод сильноточного ускорител , 8 катод сильноточного ускорител , 9 - сильноточный электронный ускоритель пр мого действи .H; i Cirrus the following notation: 1 — laser, 2 — otically transparent window, 3 — coils for creating a magnetic field, 4 — vacuum installation chamber, 5 — a cylindrical nozzle, 6 — a solid-state target, 7 — an anode of a high-current accelerator, 8 a high-current cathode accelerator; 9 — direct current high current electron accelerator.

. Предлагаемое устройство работает следующи образом.. The proposed device works as follows.

В вакуумной камере 4 установки давление .остаточного газа составл ет меньше, чем тор. Сначала срабатывает лазер 1. Сфокусированный световой лу лазера 1 через оптически прозрачное окно 2 в вакуумной камере 4 установки попадает на твердотельную миигень 6 и разогревает ее до высокой температуры , при которой происход т процессы испарени и термоионизании материала твердотельной ми1неии 6. Адиабатический нагрев мишени 6 и прод ктов ее испарени приводит к резкому нарастанию давлени внутри цилиндричесKoio сопла 5, вызывающего ускорение плазмы внутри ЦШ1 индрического сопла 5, навстречу лучу лазера. Скорость разлета плазмы достигает Ю см/с. Нейтральные атомы испаренного веп ества твердотельной мишени 6 движутс так же навстречу лучу лазера и подвергаютс дополнительной иоиизаиии. Таким образом, при вполне достижимых в насто щее врем - уровн х мощности лазера, получают почти стопроцентную ионизацию испаренного вещества, образующего плазменный канал внутри вакуумной камеры 4 установки.In the vacuum chamber 4 of the installation, the pressure of the residual gas is less than a torus. First, laser 1 is triggered. A focused light from laser 1 through an optically transparent window 2 in the vacuum chamber 4 of the installation enters solid-state laser 6 and heats it to a high temperature at which the processes of evaporation and thermal ionization of solid-state material 6 occur. Adiabatic heating of target 6 and Its evaporation leads to a sharp increase in pressure inside the cylindrical nozzle 5, which causes the plasma to accelerate inside the inner edge of the nozzle 5, against the laser beam. The plasma expansion velocity reaches 10 cm / s. The neutral atoms of the evaporated heat of the solid target 6 move in the same way towards the laser beam and undergo additional ionization. Thus, with currently achievable power levels of the laser, almost one hundred percent ionization of the vaporized substance forming the plasma channel inside the vacuum chamber 4 of the apparatus is obtained.

Геометрические размеры плазменного канал рпредел ютс размерами цилиндрического сопл 5 и уровнем мощности лазера 1 и могут измен тьс в широких пределах.The geometrical dimensions of the plasma channel are determined by the dimensions of the cylindrical nozzles 5 and the power level of the laser 1 and can vary within wide limits.

Запуск сильноточного ускорител 9 осущесгел ют с временной задержкой относительно момента срабатывани лазера 1, требуемой дл формировани плазменной струи. Электронный пучок вывод т из ускорител через анод 7The launch of a high-current accelerator 9 is accomplished with a time delay relative to the instant of operation of the laser 1, required for the formation of a plasma jet. The electron beam output from the accelerator through the anode 7

и инжектируют в плазменную струю. Под действием пространственного зар да пучка электроны плазмы покидают плазменный канал, а положительный зар д ионов плазмы обеспечивает услови самофокусировки сильноточного электронного пучка. При смещении электронного пучка относительно плазменного канала под действием внешнего магнитного пол возникают электростатические пол пол ризации, которые удерживают электронный пучок вблизи плазменного канала. Таким образом, создают услови дл 1ф()екгивной инжекпии пучка в установку с магнитным полем любой конфигурации .and injected into the plasma jet. Under the action of the spatial charge of the beam, the plasma electrons leave the plasma channel, and the positive charge of the plasma ions provides the conditions for self-focusing of the high-current electron beam. When the electron beam is displaced relative to the plasma channel under the action of an external magnetic field, electrostatic polarizations arise that hold the electron beam near the plasma channel. Thus, conditions are created for 1f () of an ingenious beam injection into an installation with a magnetic field of any configuration.

Диаметр циливдрического сопла равен диаметру сфокусированного лазерного луча и мо жет составл ть от нескольких микрон до нескольких миллиметров, это на несколько пор дков меньше диаметра используемых в насто щее врем сильноточных электронных пучков. Длина цилиндрического сопла равна нескольким диаметрам, поэтому потери электронов пучка на цилиндрическом соцле незначительные .The diameter of the cylindrical nozzle is equal to the diameter of the focused laser beam and can be from several microns to several millimeters, which is several orders of magnitude smaller than the diameter of the high-current electron beams currently used. The length of the cylindrical nozzle is equal to several diameters; therefore, the losses of the beam electrons on the cylindrical axis are insignificant.

Предлагаемое устройство обладает р дом преимуществ по сравнению с известными. Вопервых , за счет уменьшени энергетических потерь на столкновени и ионизацию атомов остаточного газа и потерь на стенках газонаполнительного цилиндра, увеличиваетс эффективность инжекции. Во-вторых, предлагаемое устройство позвол ет инжектировать электронный пучок в установку с магнитным полем на значительные рассто ни , по крайней мере, пор дка метров.The proposed device has several advantages over the known ones. First, by reducing the energy losses on collisions and ionization of residual gas atoms and losses on the walls of the gas-filling cylinder, the injection efficiency increases. Secondly, the proposed device allows the electron beam to be injected into the installation with a magnetic field over considerable distances, at least in the order of meters.

Отсутствие дополнительных материальных элементов в области дрейфа пучка расшир ет возможности использовани устройства в различных област х техники.The absence of additional material elements in the field of beam drift expands the possibilities of using the device in various fields of technology.

Claims

1.Brewer D. E., Kusse, V. R. Meixel G. D. IEEE Traus Plasma Science, V. PS-2, 1974,

p. 193.

2.Bavanchikon E. I., Cordeev, AV et al,,. Proc, interu,. receach and technology, 1975, Aebuguergue VSA, 2, p. 284-302.

J fe

KL