SU928678A1

SU928678A1 - Ion gun

Info

Publication number: SU928678A1
Application number: SU802969766A
Authority: SU
Inventors: Виталий Михайлович Быстрицкий; Василий Михайлович Матвиенко; Александр Михайлович Толопа
Original assignee: Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова
Priority date: 1980-08-04
Filing date: 1980-08-04
Publication date: 1982-05-15

Description

(54) ИОННАЯ ПУШКА(54) ION GUN

Изобретение относитс к ускорительной технике и может найти применение дл генерации сильноточных ионных пучков высокой плотности (10 А/смМ .The invention relates to accelerator technology and can be used to generate high-current high-density ion beams (10 A / cmM.

Известно устройство дл получени сильноточных ионных пучков, в котором электроны, эмитируемые плоским катодом, осциллируют в электрическс поле анод - катодного (А-К) зазора, многократно проход т через тонкий анод и разогревают его. Образующа с на его поверхности плазма служит источником ионоа, выт гиваемых в сторону реаль-ного катода и виртуального катода, формируемого пространственным электронНБМ зар дом со стороны, противополokнoй катоду. Ионы, выт гиваемые в сторону виртуального катода, формируют ионный пучок 1.A device for producing high-current ion beams is known, in which electrons emitted by a flat cathode oscillate into the electrical field of the anode - cathode (AK) gap, repeatedly pass through the thin anode and heat it. The plasma that forms on its surface serves as a source of ion, stretched towards the real cathode and the virtual cathode formed by the spatial electron BNBM charge from the opposite side of the opposite cathode. The ions drawn towards the virtual cathode form an ion beam 1.

Недостатке этого устройства вл етс .низка плотность генерируемого ионного пучка, обусловленна большой площадью пучка, и его расходимость вследствие конечной температуры г.генерирующей его плазмы.The disadvantage of this device is the low density of the generated ion beam, due to the large beam area, and its divergence due to the final temperature of the plasma generating it.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство, содержащее цилиндрические , коаксиально расположенные , внешний соленоид дл создани ведущего магнитного пол , привод щий корпус и внутренний полый анод, на торцовой стороне которого укреплена тонка водородсодержаща пленка, плоский сетчатый катод, установленный параллельно пленке ; внутри корпуса и электрически соединенный с ним. При подаче на анод им10 пульса напр жени положительной пол рности электроны, эмитируемые с катода, ускор ютс в сторону анода и, проход тонкую водородсодержащупленку , попадают внутрь полого анода. The closest to the present invention is a device comprising a cylindrical, coaxially arranged, external solenoid for creating a driving magnetic field, driving the body and the internal hollow anode, on the end side of which a thin hydrogen-containing film is fixed, a flat mesh cathode arranged parallel to the film; inside the case and electrically connected to it. When an impulse voltage of positive polarity is applied to the anode, electrons emitted from the cathode are accelerated toward the anode and, when passing through a thin hydrogen-containing cell, they enter the hollow anode.

15 Ведущее аксиальное магнитное поле не позвол ет электронам попасть на стенки анода и внутри него формируетс виртуальный катод. Электроны, отража сь от виртуального и реально20 го катодов, совершалт многократные колебани чеоез водородсодержащую пленку, при этом разох-ревают ее и формируют на ее поверхности плазму, служащую источником ионов, которые15 The leading axial magnetic field prevents electrons from entering the walls of the anode and a virtual cathode is formed inside it. The electrons, reflected from the virtual and real 20 cathodes, make multiple oscillations of the hydrogen-containing film, thus re-energize it and form a plasma on its surface, which serves as a source of ions, which

25 ускор ютс в сторону виртуального и реального катодов. Ионы, ускор емые в сторону виртуального катода, не .Нс1гружают ионную пушку (ИП) , так как оп ть попадаиот на анод с нулевыми скорост ми. Ионы, ускор емые25 accelerate toward the virtual and real cathodes. The ions accelerated in the direction of the virtual cathode do not. The H1 load the ion cannon (PI), since again they fall on the anode with zero speeds. Ions accelerated

в сторону реального катода, образуют пучок 2 .in the direction of the real cathode, form a beam 2.

Недостатком известного устройства вл етс низка плотность генерируемого ионного пучка, обусловлена его большой площадью и расходимостью .A disadvantage of the known device is the low density of the generated ion beam, due to its large area and divergence.

Цель изобретени - увеличение плотности тока ионного пучка.The purpose of the invention is to increase the current density of the ion beam.

Цель достигаетс тем, что в пушк введен провод щий цилиндр, укрепленный на противоположной аноду стороне катода, соединенный по окружности одного торца с катодом, и внешний источник тока, с отрицательным полюсом которого соединен другой торец цилиндра, а положительный полюс соединен с корпусом пушки, при этом водороде держаща пленка выполнена в виде кольца, расположенного напротив кольцевого зазора между провод щим цилиндром и корпусом.The goal is achieved by inserting a conductive cylinder mounted on the cathode side opposite to the anode, circumferentially connected to the cathode, and an external current source, with the negative pole of which the other end of the cylinder is connected, and the positive pole is connected to the gun body. This hydrogen holding film is made in the form of a ring located opposite the annular gap between the conductive cylinder and the housing.

При таком выполнении ионной пушки кольцевой ионный пучок после прохождени катода попадает в азимуталное магнитное поле, создаваемое током протекающим по цилиндру, и при движении вдоль цилиндра пучок испытывает отклонение к оси, т.е. происходит фокусировка кольцевого ионного пучка.With such an ion gun, the ring ion beam, after passing through the cathode, enters the azimuthal magnetic field created by the current flowing through the cylinder, and as it moves along the cylinder, the beam experiences an axis deviation, i.e. focusing of the annular ion beam occurs.

На чертеже приведена принципиальна схема устройства.The drawing is a schematic diagram of the device.

Схема состоит из цилиндрических, коаксиально расположенных внешнего соленоида 1, привод щего корпуса. 2, внутреннего полого анода 3. На торце анода 3 укреплена тонка водородсодержаща пленка 4, выполненна в виде кольца. /Параллельно пленке 4 установлен плоский сетчатый катод 5, на котором укреплен провод щий цилиндр б, подсоединенный к отрицательному полюсу внешнего источника тока 7, положительный полюс которого соединен с корпусом 2The circuit consists of cylindrical, coaxially located external solenoid 1, the driving body. 2, an internal hollow anode 3. At the end of the anode 3 a thin hydrogen-containing film 4 is made, made in the form of a ring. / Parallel to the film 4, a flat mesh cathode 5 is mounted on which a conductive cylinder b is attached, connected to the negative pole of an external current source 7, the positive pole of which is connected to the housing 2

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Соленоид 1 создает медленное аксиальное магнитное поле, проникающее сквозь материалы ионной пушки. Спуст определенное врем к цилиидру 6 подключаетс источник тока 7 и создаетс импульсное азимутальное магнитное поле, ограниченное ци- линдром 6, корпусом 2 и катодом 5 При достижении требуемого значени магнитного пол на анод 3 подаетс напр жение положительной пол рности . Электроны, эмитируемые с катода 5, многократно проход через пленку 4, образуют на ее поверхности пленку, служащую источником ионов. Ионы, ускор сь в анод - катодном зазоре, проход т через сетчатый катод 5 и попадают в сильное азимутальное магнитное поле, создаваемое током, протекающим по цилиндру 6. Дрейфу в этом поле, ионы испытывают отклонение от оси, т.е. происходит фокусировка ионного пучка. Достижима степень фокусировки зависит от энергии ионного пучка и его геометрических размеров, углового разброса ионов, величины магнитного фокусирующего пол , природы ионов и геометрии пушки. Зависимости поведени ионов хорошо известны, как и методы вычислени требуемых характеристик . Мен величину длины внутреннего цилиндра и тока, протекающего по нему, можно на заданном рассто нии от катода получить фокальное п тно ионов, минимальные размеры которого определ ютс тепловыми скорост ми ионов на аноде.Solenoid 1 creates a slow axial magnetic field penetrating the materials of the ion gun. After a certain time, the current source 7 is connected to the cylinder 6 and a pulsed azimuthal magnetic field is created, limited by the cylinder 6, the housing 2 and the cathode 5 When the required magnetic field is reached, a positive polarity is applied to the anode 3. The electrons emitted from the cathode 5, repeatedly pass through the film 4, form on its surface a film that serves as an ion source. Ions, accelerating in the anode - cathode gap, pass through the grid cathode 5 and enter a strong azimuthal magnetic field created by the current flowing through cylinder 6. Drift in this field, the ions experience a deviation from the axis, i.e. the ion beam is focused. Achievable degree of focusing depends on the energy of the ion beam and its geometrical dimensions, the angular spread of the ions, the magnitude of the magnetic focusing field, the nature of the ions, and the geometry of the gun. The behavior of ions is well known, as are the methods for calculating the required characteristics. The length of the inner cylinder and the current flowing through it can be at a given distance from the cathode to obtain a focal spot of ions, the minimum dimensions of which are determined by the thermal velocities of the ions on the anode.

Claims

1.S.Humphries Jr, 7. Ler,

5 R N.Sudan. Arrb Phys. Zett, v. 25, p. 20, 1974.

2.7.A.Pasour, R.A.Mahaffey, C.A.Kapetanakosi NRL Memorandum Report, 4103, October 18,1979 (prototype).