Источник многозарядных ионов для циклотрона

 

1. ИСТОЧНИК МНОГОЗАРЯДНЫХ ИОНОВ ДЛЯ ЦИКЛОТРОНА, содержащий лазер , устройство для проводки и фокусировки .лазерного излучения, корпус с эмиссионной щелью и закрепленной внутри корпуса мишенью, источник магнитного поля, отличающийс я тем, что, с целью увеличения количества ускоряемых ионов за один импульс лазера, поверхность мишени смещена относительно эмиссионной щели в сторону одного из полюсов, причем нормаль к ней параллельна: магнитным силовым линиям, а у поверх-ности мишени установлена трубка из проводящего материала с разрезом вдоль, образующей в месте прохождения лазерного излучения и отверстием для извлечения ионов таким образом, что ось трубки совпадает с нормалью § к поверхности мишени в точке фокусировки лазерного излучения. (Л 2. Источник, по п. 1, отличаю щ и и с я тем, что, с целью уменьс шения потерь материала мишени, увеличения ресурса работы источника, ми- , шень выполнена в форме полого цилиндра , ось которого перпендикулярна магнитным силовым линиям. 4 со to 4 СО

СОЮЗ ИЮЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (! 1) (51)4 H 01 J 27/02

ИЯ :::: ".;, ! ьТБЯРОТтУ, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

Н ABTOPGHOIVlV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

1l0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3554368/24-25 (22) 17.02.83 (46) 30.08.85. Бюл. ) - 32 (72) В.Д. Пекленков, В.П. Гусев, Ю.П, Козырев, )O.À. Быковский, А.С. Пасюк и Ю.Ц. Оганесян (7i) Объединенный институт ядерных исследований и Московский инженернофизический институт (53) 621.385(088.8) (56) 1. Письма в ЖЭТФ. Ананьин О.Б. и др. Осуществление ускорения ионов лазерной плазмы на циклотроне. Т. 17

В.9, 1973 ° с. 460-463.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 908194, кл. Н 01 3 27/24, 1980 (прототип). (54)(57) 1.. ИСТОЧНИК МНОГОЗАРЯДНЫХ

ИОНОВ ДЛЯ ЦИКЛОТРОНА, содержащий лазер, устройство для проводки и фокусировки лазерного излучения, корпус с эмиссионной щелью и закрепленной внутри корпуса мишенью, источник маг. нитного поля, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения количества ускоряемых ионов эа один импульс лазера, поверхность мишени смещена относительно эмиссионной щели в сторону одного из полюсов, причем нормаль к ней параллельна магнитным силовым линиям, а у поверх-ности мишени установлена трубка иэ проводящего материала с разрезом вдоль. образующей в месте прохождения лазерного излучения и отверстием для извлечения ионов таким образом, что ось трубки совпадает с нормалью к поверхности мишени в точке фокуси- щ

И ровки лазерного излучения.

2. Источник-по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью умень- (® шения потерь материала мишени, увеличения ресурса работы источника, ми-, ф шень выполнена в форме полого цилиндра, ось которого перпендикулярна маг- ) нитным силовым линиям. 0aaL

1143249

Изобретение относится к источникам многозарядных ионов для циклотронов. .Известен лазерный источник ионов для циклотрона (1), содержащий лазер, устройство,для проводки и фокусировки лазерного луча, мишень, расположенную между полюсами циклотрона, .причем нормаль к поверхности мишени в точке фокусировки лазерного луча направлена вдоль ускоряющего зазора между дуантами.

Недостатками источника являются малое количество ионов, извлекаемых и ускоряемых за один импульс лазера; малый ресурс работы источника

:из-эа быстрого испарения материала ,мишени, ненадежность работы устройства из-эа электрических пробоев в ускорительной системе цикл. трона; сложный сбор и регенерации испарен" ного лазерным излучением материала .мишени после распыления его внутри . циклотрона.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является источник многозарядных ионов для циклотрона (2), содержащий лазер, корпус с эмиссионной щелью, устройство для проводки и фокусировки лазерного излучения, бипризму, делящую лазерное излучение на два пучка, направляемых на две мишени, размещенные в корпусе, нормали в точку фокусировки у которых совпадают.

Недостатком источника является то, что основная часть ионов, образованных при воздействии лазерного излучения на мишень, будет осаждаться внутри источника и циклотрона.

К недостаткам источника следует 40 также отнести сравнительно малый ресурс работы из-эа быстрого испарения материала мишени.

Целью изобретения является увеличение количества ускоряемых ионов 45 эа один импульс лазера, увеличение ресурса работы источника, уменьшение потерь материала мишени.

Цель достигается тем, что в источнике многозарядных ионбв, напри- 50 мер, для циклотрона, содержащем лазер, устройство для проводки и фокусировки лазерного излучения, корпус .с .эмиссионной щелью и закрепленной внутри корпуса мишенью, источник 55 магнитного поля, поверхность мишени смещена относительно эмиссионной. щели в сторону одного иэ. полюсов ис точника магнитного поля, причем нормаль к ней параллельна магнитным силовым линиям, а у поверхности мишени установлена трубка из проводника с разрезом ее части вдоль образующей в месте прохождения лазерного излучения и отверстием для извлечения ионов таким образом, что ось трубки совпадает с нормалью к поверх. ности мишени в точке фокусировки лазерного излучения, причем мишень выполнена в форме полого цилиндра, ось которого перпендикулярна магнитным силовым линиям.

На чертеже изображена схема предложенного источника многозарядных ионов для циклотрона.

Источник ионов содержит лазер 1, устройство 2 для проводки и фокусировки лазерного излучения. Подложка мишени изготовлена в виде четырех одинаковых колец 3 — 6, соединенных между собой беэ зазора, имеющих одну ось, перпендикулярную оси полюсов циклотрона. Материал, предназначенный для ионизации, нанесен на внут реннюю поверхность колец. По диаметру без касания колец закреплена трубка 7 из проводника, ось которой совпадает с нормалью к поверхности мишени в точке фокусировки лазерного излучения. Трубка 7 имеет разрез для прохождения лазерного излучения, продолженный до области равенства между гаэокинетическим давлением плазмы и магнитным давлением, а также отверстие, совпадающее с эмиссионной щелью.

Между эмиссионной щелью в корпусе

8 источника и дуантом 9 размещен электрод 10 с сеткой 11 из проводника. Источник расположен между. полюсами 12 электромагнита циклотрона.

Источник работает следующим образом. Излучение лазера 1 с помощью устройства 2 для проводки и фокусировки лазерного излучения проходит через отверстие в трубке 7 и воздействует на кольца 4 или 5 мишени. Блок колец 3 — 6 вращается вокруг своей оси и одновременно смещается вдоль нее. Полная длина смещения блока колец вдоль своей оси равна ширине двух колец, причем сдвиг эа один оборот равен диаметру пятна фокусировки лазерного излучения.

В результате воздействия сфокусированного лазерного излучения на по. верхность мишени возникает плазма, которая содержит многозарядные ионы.

Параметры лазерного излучения подбираются такими, чтобы коэффициент. ионизации испаренного материала бып близок к единице. Магнитное поле, в котором разлетается плазменный сгусток, приводит к образованию плазменного шнура, параллельного магнитным силовым линиям, с радиусом, определяемым величиной магнитного поля и параметрами плазмы. Расширение плазмы поперек магнитных силовых линий происходит до наступления равновесия между газокинетическим давлением плазмы и магнитным давлением (область разреза в трубке

7). Наведенные в трубке 7 (эа областью с разрезом) токи, обусловленные вытесненным из движущейся плазмы .внешним магнитным полем, создают конфигурацию магнитного поля типа магнитного "зеркала", что приводит к торможению плазмы, движущейся вдоль магнитных силовых линий.

Извлечение ионов из плазмы (плотность которой уменьшается за счет растяжки плазменного столба в трубке 7), расширяющейся вдоль магнитных

-силовых линий, в области эмиссионной щели осуществляется импульсным напряжением, прикладываемым к электроду 10. Иомент подачи высоковольтно143249 4

ro импульса и его длительность соот. ветствуют времени прохождения ионов с нужным Е в области эмиссионной щели в корпусе 8 источника. Для предотвращения извлечения ионов иэ плазмы при отсутствии в ппаэме ионов с нужным зарядом на электроде 10 установлена сетка 11 из проводника, которая экранирует плазму от электри1О ческого поля, создаваемого дуантом

9. Двигаясь вдоль магнитных силовых линий после прохождения области эмиссионной щели, плазма достигает внутренней поверхности колец 4 и 5. Hat5 пыление ионизированного материала (и нейтральных атомов) происходит на внутреннюю поверхность трубки 7 и колец 4 и 5..Кольца 3 и 6 предотвращают осаждение ионизированного мате20 риала (нейтральных атомов) на корпус

8 источника при испарении и ионизации материала, находящегося на границе колец 4 и 5. Применение предложенного источника многозарядных ио25 нов позволяет время пребывания плазмы в области эмиссионной щели увеличить не менее чем в 2 раза, что позволяет во столько же раз увеличить и количество извлекаемых иэ плазмы ионов за один импульс. Ресурс работы источника увеличивается не менее чем в 10 раз. Возрастает электропрочность циклотрона.

1143249

3 Ч Е 8

Составитель В.Спиридонов

Редактор О. Юркова Техред Т.Фанта Корректор А. Тяско

Заказ 5774/4 Тираж 679 Подписное I ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4