SU988111A1 - Ion gun - Google Patents

Ion gun Download PDF

Info

Publication number
SU988111A1
SU988111A1 SU813293065A SU3293065A SU988111A1 SU 988111 A1 SU988111 A1 SU 988111A1 SU 813293065 A SU813293065 A SU 813293065A SU 3293065 A SU3293065 A SU 3293065A SU 988111 A1 SU988111 A1 SU 988111A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
anode
cathode
gas
gun
gas supply
Prior art date
Application number
SU813293065A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.С. Сулакшин
Original Assignee
Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова
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 Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова filed Critical Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова
Priority to SU813293065A priority Critical patent/SU988111A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU988111A1 publication Critical patent/SU988111A1/en

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

ИОННАЯ ПУШКА на основе отражательного тетрода, содержаща  анод, катод и охватывающий их соленоид , отличающа с  тем, что, с целью расширени  круга рабочих веществ, в нее введена система импульсной подачи газа, выполнен в виде трубчатого газораспределител , в стенке которого в плоскости , параллельной поверхности катода, расположены каналы в виде сопел Лавал , а система импульсной подачи газа соединена с анодом трубопроводом . со 00 00An ionic gun based on a reflective tetrode containing an anode, a cathode and a solenoid enclosing them, characterized in that, in order to expand the circle of working substances, a pulse gas supply system is introduced into it, made in the form of a tubular gas distributor, in a wall parallel to the surface of the cathode, channels in the form of Laval nozzles are located, and the system of pulsed gas supply is connected to the anode by a pipeline. from 00 00

Description

Изобретение относитс  к ускорнтельной технике и может быть испол зовано дл  получени  сильноточных ионных пучков. Известны Ионные пушки дл  генерации сильноточного ионного пучка, содержащие соленоид, внутри которого расположены катод и анодный б составл ющие- отражательный тетрод. В анодный блок входит водородсодер Жсцца  пленка, прозрачна  дл  элект нов и используема  дл  образовани  плазмы, из которой выт гиваютс  ус кор емые ионы Г . Недостатком известных пушек  вл етс  возможность ускорени  тольк ионов водорода и мала  долговечнос анодного блоке. Ближайшим техническим решением  вл етс  ионна  пушка на основе от ражательного тетрода,содержаща  анод катод и охватывающий их соленоид 2 В известной пушке анод выполнен в виде массивного анодного блока, составленного из двух металлических пластин с заключенной между ними прокладкой из водородсодержащего материала, в металлических пластинах и водородсодержащеи прокладке выполнены сквозные отверсти  таким образом, что водородсодержаща  про . кладка эквидистантно выступает за кра  отверстийв металлических пла тинах, причем в прокладке со сторо отверстий радиально установлены ме таллические иглы. На катоде выполнены выступы, обращенные к аноду,с отверсти ми, совпадающими по форме и расположению с отверсти ми в аноде. Така  конструкци  обладает более высоким ресурсом. Недостатком известного устройст  вл етс  невозможность ускорени  каких-либо других ионов, кроме ионо водорода. ЦелЬЮ изобретени   вл етс  расширение круга рабочих веществ. Эта цель достигаетс  тем, что в известную ионную пушку на основе отражательного тетрода,-содержащую анод, катод и охватывающий их соленоид , введена система импульсной подачи газа, анод выполнен в виде трубчатого газораспределител , в стенке которого в плоскости, параллельной поверхности катода, располо жены каналы в виде сопел Лавал , а система импульсной подачи газа соединена с анодом трубопроводом. На фиг.1 схематически показана ионна  пушка со схемами питани ; на фиг.2 - горизонтальный разрез пушки. Ионна  пушка, содержит соленоид 1 внутри него помещен отражательный триод, состо щий из заземленного ка тода 2 и анода 3, выполненного .в виде трубчатого, например тороидального , газораспределител , при- . соединенного к высоковольтному вводу 4 . В газораспределителе имеетс  система каналов в виде сопел Лавал  5, направленных к оси коллектора так, что их оси лежат в плоскости, параллельной поверхности катода фиг.2 . Источником высокого напр жени   вл етс  генератор 6. Источником газа или пара дл  пушки  вл етс  система импульсной подачи, содержаща .; объем 7 с газом или паром, соединенный через импульсный клапан 8, подвод щий трубопровод 9, полый высоковольтный ввод 4 с коллектором анода 3. Ионна  пушка работает следующим образом. Соленоид 1 создает продольное магнитное поле.. Затем срабатывает импульсный клапан 8, и газ или пар из объема 7 выбрасываютс  в вакуумированный подвод щий трубопровод 9, соединеннь1й с анодом 3 в виде газораспределител  через высоковольтный ввод 4. Возможность работы пушки обеспечиваетс  тем, что характерное врем  процессов газового расширени  составл ет дес тки микросекунд так же, как и врем  срабатывани  импульсных газовых, источников, а врем  срабатывани  ускорител  и, соответственно , формировани  пучка ионов составл ет дес тки наносекунд. Вследствие этого газ  вл етс  замороженным по отношению к процессу ускорени . Газ с резким скачком давлени  на переднем фронте распростран етс  по направлению к соплам 5. Полый высоковольтный ввод 4 служит в этом случае в качестве ударной .. трубы. Дойд  до системы сопел 5,газ выбрасываетс  внутрь анода 3 к его центру. Сопла Лавал  5 обеспечивают направленность струй таким образом , что внутри анода создаетс  плоский поток газа. В момент, когда газ доходит до центра и таким образом перекрывает всю плоскость анода, на него подаетс  импульс высокого положительного напр жени  от генератора 6. Поскольку газовое прианодное образование невелико по толщине , она не попадает в зазор анодкатод и импеданс зазора сохран етс , а вакуумна  изол ци  анода от стенок пушки не нарушаетс . Под действием ускор ющего пол  внутри анода с катода формируетс  пучок ускоренных электронов. .Потер м электронов на анод преп тствует продольное магнитное поле, а также то, что проходное сечение анода больше катода и сечени  электронного пучка. Электроны совершают колебани  между катодом и виртуальным катодом,мно- . гократно проход т через газовый слой анода. При этом газ ионизируетс . Кроме того, во врем  нарастани импульса напр жени  на его фронте происходит пробой по поверхности газа/ что также приводит к созданию плаэ1лы. Поскольку .к аноду приложено положительное напр зкение, происходит ускорение ионов, вход щих в состав инжектированного газа. Ионна  пушка подсоедин етс  к генератору б, вьшолненному, например, на двойной формирующей линии (ДФЛ) . Анод 3 подсоедин етс  к внутренней обкладке линии. При этом подвод  щий трубопровод 9 может выполн ть функции зар дной индуктивности, если его выполнить в виде спирали, оди конец которой заземлен. Дл  выполнени  функции электрического изол тора зар дна  индуктив ность должна иметь сопротивление р , где р -волновое сопротив ление линии. Обычно р 10-20 Ом Отсюда следует, что спираль должна иметь три витка дааметром см, что укладываетс  в габариты имеющихс  установок.. Режим ударной трубы в спирали будет выполн тьс  при толщине трубки 3 - 2 см. Этот размер подходит дл  толщины высоковольтного ввода 4 и. высоты коллектора анода 3. Диаметр сопел при это . может составл ть несколько миллиметро После запуска соленоида 1, создающего продольное магнитное поле в пушке, в момен.т достижени  полем максимального значени  через несколь ко миллисекунд срабатывает импульсный газовый клапан 3. Газ по трубчатой зар дной индуктивности, совмещающей в данном случае функции ударрой трубы - газопровода, зар дного сопротивлени  ускорител , через несколько дес тков микросекунд достигает системы сопел 5. В момент, когда истекающий из сопел газ заполн ет внутренность анода 3, срабатывает генератор б. На анод подаетс  наносекундный импульс напр жени . В дальнейшем работа пушки не отличаетс  от работы известных пушек такого типа. После ркончанил процесса ускорени  газ, наход щийс  в прианодной области и в подвод щих трубках , распростран етс  в объем пушки и откачиваетс  вакуумным насосом. После откачки пушка готова дл  нового срабатывани . Данна  пушка не содержит каких-либо из нашиваквдихс  элементов (как в случае пленочных анодов, например), поэтому ее ресурс быть очень высок. Изобретение позвол ет расширить круг рабочих веществ и получать ионы элементов, вход щих в состав газообразных и парообразных веществ.The invention relates to an acceleration technique and can be used to produce high-current ion beams. Ion guns are known for generating a high-current ion beam containing a solenoid, inside of which a cathode and anodic b components are located — a reflective tetrode. The anode block contains a hydrogen-oxide film that is transparent to electrons and is used to form a plasma from which the extracted ions G are drawn. A disadvantage of the known guns is the possibility of accelerating only hydrogen ions and the long durability of the anode block. The closest technical solution is an ion gun based on a reflective tetrode containing an anode cathode and a solenoid encompassing them. In a known gun, the anode is made in the form of a massive anode block made up of two metal plates with a pad of hydrogen-containing material between them, metal plates and the hydrogen-containing gasket is made through holes in such a way that the hydrogen-containing pro. the masonry equidistantly protrudes beyond the edges of the holes in metal plates, and metal needles are radially mounted in the spacer with side holes. The cathode has protrusions facing the anode, with openings that coincide in shape and location with openings in the anode. Such a structure has a higher resource. A disadvantage of the known device is the impossibility of accelerating any other ions, except for ionic hydrogen. The purpose of the invention is to expand the range of working substances. This goal is achieved by introducing a pulsed gas supply system into the well-known ion gun based on a reflective tetrode containing the anode, the cathode and the solenoid enclosing them, the anode is designed as a tubular gas distributor, in a wall parallel to the cathode surface the channels in the form of Laval nozzles, and the system of pulsed gas supply is connected to the anode by a pipeline. Figure 1 shows schematically an ion gun with power schemes; figure 2 is a horizontal section of the gun. The ion gun contains a solenoid 1 inside it is placed a reflective triode consisting of a grounded cathode 2 and an anode 3 made in the form of a tubular, for example toroidal, gas distributor, with-. connected to the high-voltage input 4. In the gas distributor, there is a system of channels in the form of Lawal nozzles 5, directed to the collector axis so that their axes lie in a plane parallel to the cathode surface of Fig. 2. The source of high voltage is generator 6. The source of gas or steam for a gun is a pulsed feed system containing; volume 7 with gas or vapor, connected through pulse valve 8, supply pipe 9, hollow high-voltage inlet 4 to the anode collector 3. The ion gun works as follows. Solenoid 1 creates a longitudinal magnetic field. Then the pulse valve 8 is activated, and gas or vapor from the volume 7 is ejected into the evacuated supply line 9 connected to the anode 3 as a gas distributor through the high-voltage input 4. The ability of the gun to work is ensured by the characteristic time gas expansion processes amount to tens of microseconds as well as the response time of pulsed gas sources, and the response time of the accelerator and, accordingly, the formation of an ion beam is tens to osekund. As a consequence, the gas is frozen in relation to the acceleration process. The gas with a sharp pressure surge at the front of the front propagates towards the nozzles 5. The hollow high-voltage inlet 4 serves in this case as a shock pipe. After reaching the nozzle system 5, the gas is emitted inside the anode 3 to its center. Laval 5 nozzles direct the jets in such a way that a flat gas flow is created inside the anode. At the moment when the gas reaches the center and thus overlaps the entire anode plane, a high positive voltage impulse from the generator 6 is applied to it. Since the gas near-anode formation is small in thickness, it does not enter the gap of the anode cathode and the impedance of the gap remains and the vacuum the insulation of the anode from the walls of the gun is not disturbed. Under the action of an accelerating field inside the anode, a beam of accelerated electrons is formed from the cathode. The loss of electrons to the anode prevents the longitudinal magnetic field, and also the fact that the anode flow section is larger than the cathode and the electron beam cross section. The electrons oscillate between the cathode and the virtual cathode, many. pass through the gas layer of the anode. In this case, the gas is ionized. In addition, during the rise of a voltage pulse at its front, a breakdown occurs over the gas surface (which also leads to the creation of a layer). Since a positive voltage is applied to the anode, the ions that make up the injected gas are accelerated. The ion gun is connected to generator b, which is made, for example, on a double forming line (DFL). Anode 3 is connected to the inner lining of the line. In this case, the supply pipe 9 can perform the functions of a charge inductance, if it is performed in the form of a spiral, one end of which is grounded. To perform the function of an electrical insulator of the charge, the inductance must have a resistance p, where p is the wave resistance of the line. Usually p 10-20 Ohms It follows that the coil should have three coils with a diameter cm, which fits into the dimensions of the existing installations. The mode of the shock tube in the coil will be performed with a tube thickness of 3 - 2 cm. This size is suitable for the thickness of the high voltage input 4 and. the height of the collector anode 3. The diameter of the nozzles with it. may be a few millimeters. After starting the solenoid 1, which creates a longitudinal magnetic field in the gun, a pulse gas valve 3 is triggered by the field when the field reaches its maximum value within a few milliseconds. Gas in a tubular charge inductance combines the gas pipeline, the accelerator charge resistance, after several tens of microseconds reaches the nozzle system 5. At the moment when the gas flowing out of the nozzles fills the inside of the anode 3, the generator triggers. A nanosecond voltage pulse is applied to the anode. Further, the work of the gun does not differ from the work of the famous guns of this type. After the acceleration process is completed, the gas in the near-anode region and in the feed pipes spreads into the gun and is pumped out by a vacuum pump. After pumping out, the gun is ready for a new actuation. This gun does not contain any of our own elements (as in the case of film anodes, for example), so its resource is very high. The invention allows to expand the range of working substances and to obtain ions of elements included in the composition of gaseous and vaporous substances.

Claims (1)

ИОННАЯ ПУШКА на основе отражательного тетрода, содержащая анод, катод и охватывающий их соленоид, отличающаяся тем, что, с целью расширения круга рабочих веществ, в нее введена система импульсной подачи газа, анод выполнен в виде трубчатого газораопределителя, в стенке которого в плоскости, параллельной поверхности катода, расположены каналы в виде сопел Лаваля, а система импульсной подачи газа соединена с анодом трубопроводом .ION GUN based on a reflective tetrode, containing an anode, a cathode and a solenoid covering them, characterized in that, in order to expand the range of working substances, a pulse gas supply system is introduced into it, the anode is made in the form of a tubular gas detector, in the wall of which in a plane parallel to the surface of the cathode, channels in the form of Laval nozzles are located, and a pulsed gas supply system is connected to the anode by a pipeline. -g
SU813293065A 1981-05-25 1981-05-25 Ion gun SU988111A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813293065A SU988111A1 (en) 1981-05-25 1981-05-25 Ion gun

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813293065A SU988111A1 (en) 1981-05-25 1981-05-25 Ion gun

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU988111A1 true SU988111A1 (en) 1983-09-30

Family

ID=20959889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU813293065A SU988111A1 (en) 1981-05-25 1981-05-25 Ion gun

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU988111A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1, Авторское свидетельство СССР 660543, кл. Н 05 Н 5/00, 1978. 2. Авторское свидетельство СССР W 605480, кл. Н 04 Н 5/00, 1977 (прототип). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3831052A (en) Hollow cathode gas discharge device
US20030223528A1 (en) Electrostatic accelerated-recirculating-ion fusion neutron/proton source
Koval et al. Broad beam electron sources with plasma cathodes
US3613370A (en) Ion thruster
Choi et al. Plasma formation in a pseudospark discharge
US3999072A (en) Beam-plasma type ion source
US2883580A (en) Pulsed ion source
US5899666A (en) Ion drag vacuum pump
US3946236A (en) Energetic electron beam assisted X-ray generator
Gow et al. A High‐Intensity Pulsed Ion Source
US3846668A (en) Plasma generating device
CN112164644A (en) Penning ion source
SU988111A1 (en) Ion gun
US2928966A (en) Arc discharge and method of producing the same
US3022933A (en) Multiple electron beam ion pump and source
Choi et al. Experimental studies of ionization processes in the breakdown phase of a transient hollow cathode discharge
US2956195A (en) Hollow carbon arc discharge
RU192776U1 (en) PULSE SOURCE OF PENNING IONS
US3268758A (en) Hollow gas arc discharge device utilizing an off-center cathode
US2839706A (en) Pulsed ion source
Metel et al. A high-current plasma emitter of electrons based on a glow discharge with a multirod electrostatic trap
US3408519A (en) Ion source with spaced electrode ionizing pits
SU1018581A1 (en) Ion accelerator
US3296442A (en) Short duration neutron pulse generating system
US3610989A (en) Production and utilization of high-density plasma