Импульсный источник ионов

 

Изобретение относится к источникам ионов, используемым в термоядерных установках, ускорителях заряженных частиц и в технологических установках,, Целью изобретения является повышение эффективности извлечения и увеличение фазовой плотности потока vjoiioBo Устройство содержит разрядную камеру, в которой установлены .электрически изолированные полый холодный катод и анод, выполненный в виде торцовой стенки с эмиссионным отверстием Катод и стенки камеры независимо подключены к импульсным высоковольтным источникам электропитанияо Эмиссионное отверстие анода герметично закрыто подвижной заслонкой электромагнитного клапана В разрядной камере установлена газовая магистраль, соединенная с системой подачи рабочего газао Коаксиально разрядной камере с ее внешней стороны размещены постоянные магниты, создающие магнитное поле внутри камеры остроугольной конфигурации. Напряженность магнитного поля возрастает от продольной оси симметрии pas - рядной камеры к ее станкам 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

По ИЗОБРЕТЕКИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (46) 07„.04. 92. Бюл. !"- 13 (2!) 4663490/25 (22) 20.03.89 (72) Б,К.Кондратьев, С.В.11етренко и В.И.Турчин (53) 533.9.071.3(088.8) (56) Панасенков А.А. и др. Водородный источник ионов с периферийным магнитным полем. Плазменные ускорители и ионные инжекторы. И.: Наука, 1984, с.1,54-!63.

Баталии В.А. и др. Исследование возможности получения ионов, гелия в дуоплаэматроне .с холодным катодом.

Вопросы атомной науки и техники. Техника физического эксперимента. !985 вып.1(22), с. 48, 49. (54) ИМПУЛЬСНО ИСТОЧЙИК ИОНОВ (57) Изобретение относится к источникам ионов, используемым в термоядерных установках, ускорителях заряженных частиц .и в технологических .установках. Целью изобретения являИзобретение относится к источникам ионов, используемым в термоядерных установках, ускорителях заряженных частиц и в технологических установках

Целью изобретения является повышение эффективности извлечения и увеличение фазовой плотности потока ионов.

На фиг.! изображена схема источников ионов; на фиг.2 - поперечный разрез разрядной камеры источника ио„„SU„„1625257 А 1

2 ется повышение эффективности извлечения и. увеличение фазовой плотности потока ионов. Устройство содержит разрядную камеру, в которой установлены, электрически изолированные полый холодньпй катод и анод, выполненный в виде торцовой стенки с эмиссионным отверстием Катод и стенки камеры независимо подключены к импульсным высоковольтным источникам электропитания. Эмиссионное отвер стие анода герметично закрыта подвижной заслонкой электромагнитного клапана. В разрядной камере установлена газовая магистраль, соединенная с системой подачи рабочего газа. Коаксиально разрядной камере с ее внешней Е стороны размещены постоянные магниты, создающие магнитное поле внутри камеры остроугольной конфигурации, Напряженность магнитного поля возраста° ° ет от продольной оси симметрии раз рядной камеры к ее стенкам. 3 ил. нов в области торцовой стенки с кон, фигурацией силовых линий магнитного © поля; на . фиг.З . — распределение величины индукции В магнитного поля по диаметру Й Разрядной камеры в области эмиссионного отвер ". тия.

Импульсный источник ионов содержит разрядную камеру 1, соединенную с положительным полюсом импульсного источника 2 электропитания, анод 3, выполненный в виде электроизолированной торцовой стенки камеры, сое1625257 днпепной с корпусом 4 источника ионс>в. 13 аноде . 3 ьчин>лнено эмиссионное отверстие 5. Электромагнитный клапан

6 установлен таким образом, что его подвижная заслонка герметично закры5 вает эмиссионное отверстие 5. Постоянные магниты 7 расположены таким образом (см.фиг.2), что создаваемое ими магнитное поле образует остроугольную конфигурацию силовых линий,, нарастая от центра разрядной камеры к ее периферии, при этом на продольной оси камеры в области эмиссион, ного отверстия величина индукции маг- 15, нитного поля минимальная (см.фиг.З).

В состав источника ионов входят газовая магистраль 8 подачи рабочего газа в камеру 1, полый безнакальный катод 9 цилиндрической формы, рас- 2п положенный вдоль продольной оси разрядной камеры. Полый. катод подключен к импульсному источнику 10 электропи-. тания и электрически изолирован от стенок камеры через изоляторы l I, Электрические источники питания 2, 10 представляют собой импульсные высоковольтные схемы известных в технике конструкций.

Предлагаемый источиик ионов работаеч следующим образом, В исходном состоянии безнакальный каход 9, стенки разрядной камеры I u анод 3 находятся под одинаковым электрическим потенциалом, а разрядная камера I заполняется рабочим газом через газовую магистраль 8. Перетеканию газа из разрядной камеры во вне1пний объем препятствует заслонка электромагнитного клапана б, перекры- 4р вающая анодное отверстие эмиссии в нромежутках между рабочими импульсами источника Иагниты 7 создают в разрядной камере 1 постоянное остроугольное магнитное поле, величина ко- 4g торого быстро нарастает в области стенок камеры. В этот период времени источник электрическую энергию не потребляет. Для зажигания электрического разряда в камере источника одновременно на период горения разряда к соответствующим электродам прикладываются напряжения: к катоду - поступающее с источника IO питания высоковольтное отрицательное напряже» ние; на боковые стенки разрядной

55 камеры 1 подается импульс высоковольтного напряжения положительной полярности с источника 2 питания. При этом заслонка электромагнитного клапана 6 открывает отверстие 5 эмиссии на время, необходимое для выпуска ионов. 11од действием разности потенциалов, возникающей между электрически изолированными от корпуса источника и друг от друга катодом 9 и боковыми стенками разрядной камеры 1, возникает процесс автоэлектронной эмисии с острых кромок катода 9.Этот процесс инициирует развитие газового разряда. Первичные электроны с катода и образованные ими в результате ионизации рабочего газа медленные электроны, попадая в поле с высокой разностью электрических потенциалов, приложенной между катодом 9 и стенками разрядной камеры l ускоряются ° набирая энергию, достаточную для ионизации газа за более короткое время и на более коротком отрезке пути, чем это имеет место в прототипе. Они ионизируют на своем пути рабочий газ а попадая B пристеночную область с сильным магнитным полем, cospàâàå-.. мым магнитами 7, возвращаются обратно в зону ионизации.. В процессе при- . ближения к стенке камеры величина магнитного поля начинает резко воэ" растать, в результате увеличивается время жизни электронов в области ионизации, Учитывая повышенный уровень давления газа в период разряда в ка-. иере, достигаемый введением в конструкцню электромагнитного клапана 6 и то, что электроны приобретают потенциал, достаточный для ионизации газа на коротком участке пробега, характерном для повышенных давлений газа, а уход положительных ионов в результате радиального дрейфа из области ионизации на боковые стенки разрядной камеры затруднен наличием на них высокого положительного потенциала, создаваемого источником 2 питания, становится возможным за жечь электродуговой разряд между без накальным катодом 9 и анодом 3 в об>ласти, свободной от магнитного поля характеризующийся высокой плотностью тока. Это позволяет увеличить плотность и"иной составляющей в плазме и ведет к увеличению тока пучка ионов на выходе источника.

Поскольку в предлагаемом источнике используется безнакальный катод„ не требующий предварительного нагре» ва, то в период между рабочими им7 6 электрическая мощность пе превосход»ла IО Вт.

Формул а изобретения

Импульсный источник ионов, содержащий корпус, разрядную камеру, вдол продольной оси которой расположены полый холодный катод и анод, выполненный в виде торцовой стенки камеры с эмиссионным отверстием, управляемый электромагнитный клапан с подвижной заслонкой, герметично закрывающей эмиссионное отверстие, вытягивающни электрод, магнитную систему, систему подачи рабочего газа в разрядную камеру, импульсные высоковольтные источники электропитания, подключенные к катоду и стенкам камеры, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности извлечения и увеличения фазовой плотности потока ионов, торцовая стенка с эмиссионным отверстием электроизолирована от разрядной камеры и соединена с корпусом источника, а магнитная система выполнена таким образом, что внутри .разрядной камеры образовано магнитное поле остроугольной конфигурации, при этом напряженность магнитного поля возрастает от продольной оси симметрии камеры к ее стенкам, причем стенки разрядной камеры подключены к по-, ложительному полюсу источника электропитания.

5 ФЬ2525 пульсами потребления электроэнергии нз внешней цепи источником не происходит, что делает его энергетически более экономичным. Отсутствие в кон5 струкции нагревательного элемента и то, что в рабочих режимах катод не подвержен разрушению от длительного разогрева» повышает надежность работы предлагаемой конструкции. Наличие электромагнитного клапана, подвижная заслонка которого перекрывает отверстие эмиссии в аноде в период между рабочими импульсами, препятствуя перетеканию газа нз разрядной IS камеры во внешний объем, открываясь только на время выпуска ионов пучка, позволяет осуществлять режим рационального расходования рабочего газа и снижает нагрузку газовым потоком 20 устройств» находящихся во внешнем объеме.

В результате испытания экспериментального образца импульсного источ ника ионов с периферийным магнитным 25 полем на ускорителе прямого действия, .при длительности импульса тока пучка 4 "lO с и частоте повторения имг пульсов Й » с использованием в раз.рядной камере в качестве рабочего gg газа водорода, на выходе ускорителя был получен пучок положительных ионов с током 6 А, имеющий фаэовую плот-! ность 6 Афсм мрад, ускоренный до

30 кв, а пот1»ебляемая источником

1625257

Составитель АИельяи

Техред М.Дидык Коррект .р М.Кучерявая

Редактор Н.Коляда

Заказ 2308 Тираж Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушсхая наб., д. 4/5

Il 11

Йроиэводственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101