SU708942A1 - Импульсный ускоритель ионов - Google Patents

Description

Изобретение относится к ускорительной . технике и может быть применено для получения сильноточных (несколько мА) ионных пучков с энергией ионов до 1 МэВ и длительностью до нескольких мкс.

Известен ускоритель, содержащий источник питания, анод и катод со взрывной эмиссией электронов, в котором в качестве источника ионов используется плазма, образующаяся на аноде под действием электронной бомбардировки [1 ].

Однако у этого ускорителя недостаточно эффективно используется энергия 15 источника питания, так как основная ее доля, тратится на ускорение электронов, а длительность пучка ограничй- _ вается временем закоротки диска плазмой . 20

Известен импульсный ускоритель ионов, содержащий источник питания, соосно расположенные катушки магнитного поля, катод и анод 1²1·

У этого ускорителя, в котором анод-25 ная плазма образуется за счет поверхностного разряда, с усилением магнитного поля резко ослабевает ионный ток, хотя длительность его растет, энергия, переносимая ионами, падает Qoc- 30 давление ионного тока объясняется уменьшением поверхности анодной плазмы с усилением магнитного поля). Данный ускоритель требует крутого переднего фронта ускоряющего напряжения и, следовательно, накладывает жесткие ограничения на величину паразитной . емкости, шунтируемой диодом, и индуктивность подводящих цепей и самого ' источника. Такой ускоритель позволяет работать только с диэлектрическим анодом, что неудобно при ускорении ионов металла.

Цель изобретения - удлинение и уси· ление ионного тока.

Это достигается тем, что внутрь катода и йнода введен слой магнитного материала, толщина которого равна ускоряющему зазору катод-анод·, слой удален от поверхностей анода и катода, ограничивающих зазор, на расстояние, изменяющееся с периодом, равным нескольким величинам зазора, причем места выхода слоя на поверхность, анода покрыты материалом, содержащим элемент, ионы которого предполагается ускорять) эти места находятся между выходами слоя на поверхность катода..

Катод и анод заполнены несколькими слоями магнитного материала на расстоянии друг .от друга, превышающем величину ускоряющего зазора.

На фиг. 1 представлены схема ускорителя (а), разрез анода и катода (б)', на фиг. 2 показано распределение магнитного поля в области, где слой выходит· на поверхность катода (а), анода (б), траектория· электронов сразу после подачи импульса напряжения (в) и после заполнения экранированных областей плазмой (г).

Устройство содержит источник 1 /питания, катод 2 -и анод 3, внутри; которых находится, слой 4 из магнитного материала. Этот слой расположен перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, создаваемого катушкой 5, и пересекает большую часть ее магнитного потока. Толщину слоя выбирают порядка величины ускоряющего зазора d. Этот слой периодически выходйт на поверхности катода и анода, ограничивающие зазор ' (фиг. 16), и соз дает на них экранированные от магнитного поля области 6 (фиг. 2 а, б). Поверхность анода, ограничивающая такую область, покрыта материалом 7, содержащим элемент, ионы которого предполагается ускорять.

Расстояние 1 между выходами слоя на катоде и аноде выбирают порядка величины ускоряющего зазора. Возможно применение нескольких таких слоев, соответствующие точки которых лежат на анодной и той же силовой линии магнитного поля. Эти слои отделены друг от друга промежутком, превышающим ускоряющий зазор. В таких условиях, если величина магнитного поля не превышает индукции насыщения магнитного материала слоя (для мягкого железа индукция насыщения превышает 20 кГс), область заметной экранировки от магнитного поля простирается от границы слоя на расстояние порядка его полутолщины. Эта область перекрывает около половины· ускоряющего зазора в местах выхода слоя на поверхность катода или анода (область 6 на фиг. 16, 2а, в, г).

Траектория электронов в первый момент после подачи импульса напряжения имеет три характерных участка 8 (фиг. 2в): движение в сторону анода в прикатодной области, экранированной от магнитного поля, движение параллельно поверхности анода в скрещенных Е и Н полях между соседними экранированными областями и движение в сторону анода и анодной экранированной области 6. Здесь под действием электрон ной бомбардировки поверхности анода образуется анодная плазма, являющая ся источником ионов, которые ускоряются в сторону катода.

После заполнения экранированных областей соответственно катодной и анодной плазмой электроды движутся в скрещенных полях по траектории 9 (фиг. 2г), которая практически совпадает с охватывающей катод и катодную плазму эквипотенциалью. Бомбардировка анода прёкращается, а с поверхности анодной плазмы продолжается ускорение ионов; при этом поверхности противоположных электродов й примыкающих к ним плазм разделены зазором с изолирующим магнитным полем. Приэлектродные плазмы могут растекаться вдоль силовых линий магнитного поля. При использовании нескольких магнитных слоев соответствующие приэлектродные плазмы сливаются между собой.

Предлагаемое изобретение позволяет удлинить и усилить ионный ток, т.е. повысить количество ионов, ускоряемых за один импульс. Кроме того, снижаются 'требования на крутизну переднего фронта импульса напряжения и возможно применение металлического анода в случае ускорения ионов металла.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к ускорительной . технике и может быть применено дл  получени  сильноточных (несколько мА) ионных пучков с энергией ионов до 1 МэВ и длительностью до нескольких Известен ускоритель, содержащий источник питани , анод и катод со взрывной эмиссией электронов, в котором в качестве источника ионов используетс  плазма, образующа с  на аноде под действием электронной бомбардировки JL ....,, Однако у этого ускорител  недостаточно эффективно используетс  энерги  источника питани , так как основна  ее дол , тратитс  на ускорение электро нов, а длительность пучка ограничй- ваетс  временем закоротки диска плазмой . Известен импульсный ускоритель ионов , содержащий источник питани , соосно расположенные катушки магнитного пол , катод и анод 2. у этого ускорител , в котором анод . на  плазма образуетс  за счет поверхностного разр да, с усилением магнитного -пол  резко ослабевает ионный ток И. хот  длительность его растет, энер ги , переносима  ионами, падает (ослабление ионного тока объ сн етс  уменьшением поверхности анодной плазмы с усилением магнитного пол ). Данный ускоритель требует крутого переднего фронта ускор ющего напр жени  и, следовательно, накладывает жесткие ограничени  на величину паразитной . емкости, шунтируемой диодом, и индуктивность подвод щих цепей и самого источника. Такой ускоритель позвол ет работать только с диэлектрическим анодом, что неудобно при ускорении ионов металла. Цель изобретени  - удлинение и усиление ионного тока. Это достигаетс  тем, что внутрь катода и йнода введен слой магнитного материала, толщина которого равна ускор кщему зазору катод-анод; слой удален от поверхностей анода и катода , ограничивающих зазор, на рассто ние , измен ющеес  с периодом, равным нескольким величинам зазора, причем места выхода сло  на поверхность, анода покрыты материалом, содержащим элемент, ионы которого предполагаетс  ускор ть , эти места наход тс  между выходами сло  на поверхность катода.. Катод и анод заполнены несколькими сло ми магнитного материала на рассто нии друг .от друга, превышающем величину ускор ющего зазора. На фиг. 1 представлены схема уск рител  (а), разрез анода и катода (б) , на фиг. 2 показано распрёделе4ше магнитного пол  в области, где слой выходит- на поверхность катода (а), анода (б), траектори - электронов сразу после подачи импульса на|пр жени  (в) и после заполнени  экр нированных областей плазмой (г). Устройство содержит источник 1 ,питани , катод 2 -и анод 3, внутри: которых находитс , слой 4 из магнитного материала. Этот слой расг.эложен перпендикул рно силовым лини м магнитного пол , создаваемого катуш кой 5, и пересекает большую часть е магнитного потока. Толщину сло  выбирают пор дка величины ускор ющего зазора d. Этот слой .периодически вы ходит на поверхности катода и анода ограничивающие зазор (фиг. 16), и с дает на них экранированные от магни ного пол  области 6 (фиг. 2 а, б). Поверхность анода, ограничивающа  т кую область, покрыта материалом 7, содержащим элемент, ионы которого предполагаетс  ускор ть. Рассто ние 1 между выходами сло  на катоде и аноде выбирают пор дка величины ускор ющего зазора. Возможно применение нескольких таких слоев , соответствующие точки которых ле жат на анодной и той же силовой линии магнитного пол . Эти слои отделе ны друг от друга промежутком, превышающим ускор ющий зазор. В таких услови х , если величина магнитного пол  не превышает индукции насыщени  магнитного материала сло  дл  м гкого железа индукци  насыщени  превы шает 20 кГс), область заметной экранировки от магнитного пол  простираетс  от границы сло  на рассто ние пор дка его полутолщины. Эта область перекрывает около половины.ускор юще го зазора в местах выхода сло  на по верхность катода или анода (область на фиг. 16, 2а, в, г). Траектори  электронов в первый мо мент после подачи импуль.са напр жени имеет три характерных участка 8 (фиг. ,2в): движение в сторону анода в прикатодной области, экранированно от магнитного пол , движение параллельн© поверхности анода в скрещенны Е и Н пол х между соседними экраниро ванными област ми и движение в сторо ну анода и анодной экранированной об ласти 6. Здесь под действием электро ной бомбардировки поверхности анода образуетс  анодна  плазма,  вл юща с  источником ионов, которые ускор ютс  в сторону катода. После заполнени  экранированных областей соответственно катодной и анодной плазмой электроды движутс  в скрещенных пол х по траектории 9 (фиг. 2г), котора  практически совпадает с охватывающей катод и катодную плазму эквипотенциалью. Бомбардировка анода прекращаетс , а с поверхности анодной плазмы продолжаетс  ускорение ионов; при этом поверхности противоположных электродов ;и примыкающих к ним плазм разделены зазором с изолирующим магнитным полем . Приэлектродные плазмы могут растекатьс  вдоль силовых линий магнитного пол . При использовании нескольких магнитных слоев соответствующие Приэлектродные плазмы сливаютс  между .собой. Предлагаемое изобретение позвол ет удлинить и усилить ионный ток, т.е. повысить количество ионов, ускор емых за один импульс. Кроме того, снижаютс  требовани  на крутизну переднего фронта импульса напр жени  и возможно применение металлического анода в случае ускорени  ионов металла. Формула изобретени  1. Импульсный ускоритель ионов, содержащий.источник питани , соосно расположенные катушки магнитного пол , катод и анод, отличающийс  тем, что, с целью удлинени  и усилени  ионного тока, внутрь катода и анода введен -слой магнитного материала, толщина которого равна ускор ющему зазору катод-анод/ этот слой удален от поверхности анода и катода, ограничивающих ускор ющий зазор,.на рассто ние, измен ющеес  с периодом, равным нескольким величинам зазора, причем места выхода сло  на поверхность анода покрыты материалом , содержащим элемент, ионы которого предполагаетс  ускор ть, эти места наход тс  между выходами сло  на поверхность катода. 2. Ускоритель по п. 1,, отличающийс  тем, что катод и анод заполнены несколькими сло ми магнитного материала на рассто нии друг от друга, превышающем величину ускор ющего зазора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 436406, кл. Н 01 J 3/03, 1971.
2. 2.Арр1 Physheft, 30, 4 (1977), 182-185.