Импульсный ускоритель ионов

 

Изобретение относится к электронно-ионному оборудованию технологического назначения и может быть использовано в качестве генератора ионов твердых веществ для обработки поверхности изделий. Цель изобретения - повышение стабильности работы и надежности ускорителя. Ускоритель содержит источник ионов с катодом 1, поджигающим электродом 2 и анодом 3, ускоряющий электрод 4, коллектор 5 и генератор 6 импульсов. Анод выполнен в виде спирали, снабжен дополнительными выводами 7 и 8, соединенными соответственно с катодом 1 и генератором 6. Анод 3 соединен с ускоряющим электродом 4. 1 ил.

Изобретение относится к электронно-ионному оборудованию технологического назначения и может быть использовано в качестве генератора ионов твердых веществ для обработки поверхностей изделий с целью повышения коррозионной стойкости, увеличения твердости и создания декоративных покрытий, а также повышения износостойкости режущего инструмента в различных отраслях техники. Целью изобретения является повышение стабильности работы и надежности ускорителя. На чертеже показан предлагаемый ускоритель. Ускоритель содержит источник ионов с катодом 1, поджигающим электродом 2 и анодом 3, ускоряющий электрод 4, коллектор 5 и генератор 6 импульсов. Анод выполнен в виде спирали, снабжен дополнительными выводами 7 и 8, соединенными соответственно с катодом 1 и генератором 6. Анод 3 соединен с ускоряющим электродом 4. В данной конструкции достигнуто конструктивное и функциональное совмещение анода ионного источника с магнитным элементом и элементами ускоряющей системы, в которой анод 3, выполненный в виде спирали, выполняет функцию соленоида, а ее витки, прилегающие к ускоряющему электроду, являются частью ускоряющей системы, обеспечивающей плавное ускорение ионов. Принцип работы импульсного ускорителя состоит в следующем. При подаче импульса от генератора 6 на вывод 8 по части витков анода 3 и спицам ускоряющего электрода 5 проходит импульс тока, возбуждающий магнитное поле, охватывающее все витки анода 3, в которых индуцируется ЭДС, и на источник ионов поступает импульс ускоряющего напряжения. Его амплитуда превышает амплитуду импульса, поступающего от генератора в соответствии с коэффициентом трансформации спирали, которая в данном случае выполняет функцию бесполезного трансформатора. На катод 1 в этот момент поступает импульс напряжения от вывода 7, который возбуждает разряд между катодом 1 и поджигающим электродом 2, стимулирующий возникновение дугового разряда между катодом 1 и анодом 3. Вследствие наличия магнитного поля внутри спирали создаются условия для холовского ускорения плазмы (скрещенные E H-поля) в направлении к ускоряющему электроду, вместе с тем с границы плазмы, движущейся в полости анода 3 под действием поля его витков и ускоряющего электрода 4, происходит отбор и ускорение ионов в направлении к коллектору 5. Вторичные электроны, выбитые с коллектора, задерживаются поперечным магнитным полем, возбуждаемым током, проходящим по спицам электрода 4. Этим же полем удерживаются и электроны, выбиваемые с поверхности спиц ионами. Благодаря изготовлению ускоряющего электрода с радиальными спицами, а анода в виде цилиндрической спирали с промежуточными выводами при прохождении импульса тока от генератора по части витков спирали и спицам ускоряющего электрода возбуждается поперечное магнитное поле в окрестности ускоряющего электрода и индуцируется высокое напряжение на противоположном конце спирали и отводах от нее, соединенных с поджигающим электродом и катодом ионного источника, что обеспечивает генерирование плазмы синхронно с подачей ускоряющего напряжения и создание изолирующего магнитного поля. Причем синхронизм срабатывания этих трех частей ускорителя - генерирование ионов (плазмы), возбуждение магнитного поля и создание ускоряющего поля - достигается автоматически, поскольку для этого используется один и тот же импульс тока от генератора импульсов. Примером конкретного исполнения заявляемого ускорителя является проект макета ускорителя на 500 кэВ. Ускоряющий электрод выполнен в виде разомкнутого кольца диаметром 10 см, переходящего в анодную спираль и снабженного радиальными спицами, электрически соединенными с центральным заземленным выводом. Спираль анода имеет высоту 25 см и содержит 50 витков с шагом 0,5 см. Свободный конец спирали соединен с поджигающим электродом, а отводы от второго и предпоследнего витков подключены соответственно к генератору импульсов и катоду ионного источника. При подаче на отвод второго витка импульса с напряжением 10 кВ по этому витку и спицам ускоряющего электрода проходит ток порядка 100 кА, возбуждающий изолирующее поперечное магнитное поле в окрестности ускоряющего электрода и магнитное поле, охватывающее все витки катушки и индуцирующее на них ЭДС, которые, суммируясь, создают ускоряющее напряжение на концах катушки порядка 500 кВ. Для возбуждения плазмы в источнике ионов используется напряжение около 10 кВ, снимаемое с последнего витка спирали, под действием которого зажигается разряд между катодом и поджигающим электродом, стимулирующий зажигание дугового разряда между катодом и первыми витками анодной спирали. Далее процессы ускорения ионов происходят, как описано выше. Данная конструкция ускорителя благодаря конструктивному и функциональному совмещению и обеспечению условий для одновременного срабатывания генератора плазмы и возбуждения магнитного поля с подачей импульса ускоряющего напряжения, обеспечивает по сравнению с прототипом существенное повышение стабильности и надежности ускорителя, при этом существенно облегчаются условия его эксплуатации, так как он не содержит сложных узлов синхронизации, требующих ухода и систематической настройки, снижается материалоемкость и стоимость ускорителя, благодаря отказу от узлов синхронизации и функциональному и конструктивному совмещению анода ионного источника с магнитным элементом и элементами ускорительной системы. Кроме того, вследствие отказа от автономных блоков питания поджигающего электрода и магнитного элемента, а также от узлов синхронизации обеспечивается по сравнению с прототипом существенное уменьшение энергоемкости ускорителя и, следовательно, повышение его эффективности в целом. Плазменные ускорители и ионные инжекторы. - Тез. докл. 6-ой Всесоюзной конф. Плазменные ускорители и ионные инжекторы. Днепропетровск, 1986, с. 78-79. Аксенов А. И. и др. Получение широкоапертурных пучков ионов металлов. ПТЭ, 1987, N 3, с. 139-142.

Формула изобретения

Импульсный ускоритель ионов, содержащий генератор импульсов и последовательно расположенные источник ионов с анодом, катодом и поджигающим электродом, ускоряющий электрод и коллектор, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности его работы и надежности, ускоряющий электрод выполнен в виде разомкнутого кольца с радиальными спицами, снабженными заземленным выводом, анод источника ионов выполнен в виде соосной с катодом источника ионов спирали, концы которой соединены с ускоряющим электродом и поджигающим электродом источника ионов, снабженной дополнительными отводами, один из которых соединен с генератором импульсов, другой - с катодом источника ионов.

РИСУНКИ

Рисунок 1