Способ получения ионов высокой зарядности

 

пвт:.:

И С А

О П

ИЗОБРЕТЕНИЯ,Союз Советскик Социапистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. санд-ву (22)Заяв - 06.03.79 (21) 2733789/18 2g с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 30.01.83. Бюллетень JO 4 (51)M. Кл.

Н 01 J 3/04

Гееуааусте кееитет

СССР

Io деизм иеебретеиий и атерытий (53) УД К 621. 384. . 6 (088. 8) Дата опубликования описания 03.02.83 (72) Авторы изобретения

В.Г. Новиков и Э.А. Перельштейн

Объединенный институт ядерных исследований (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИОНОВ ВЫСОКОЙ ЗАРЯДНОСТИ

Изобретение относится к области атомной спектроскопии, а именно к источникам многозарядных ионов, и может быть использовано для спектроскопии ионов высокой зарядности, а также для изучения электронных столкновений при больших энергиях электронов и ион-ионных столкновений.

В известных способах (1 ), (2 j, (3 ) многозарядные ионы получают путем последовательной ионизации нейтральных атомов электронным пучком и удерживают внутри пучка его собственным пространственным зарядом.

Большое время удержания ионов в пучке, необходимое для получения высокой зарядности, обеспечивает в способе (1 1 при пропускании в газе прямолинейного пучка электронов большой длительности. о способе (2) длительно удерживают кольцевой электронный пучок с ионами при специальном изменении во времени магнитного поля, которое создают электромагнитом с железным сердечником.

Получение многозарядных ионов осуществляется также в коллективном ус5 корителе ионов (3 1 способом, включающим формирование релятивистких электронных колец и их сжатие в нарастающем во времени магнитном поле, создаваемом таковыми катушками, и инжекцию нейтральных атомов в сжатое кольцо. Рост магнитного поля на орбите электронного кольца обеспечивается последовательным во времени включением отдельных цепей - ступеней сжатия, состоящих из предварительно заряженных емкостей и пар безжелезных токовых катушек. В объем электронного кольца попадают нейтралы щ из остаточного газа в камере или иэ специально пропускаемой гааовой струи. Ионизация происходит в основ- ном внутри сжатого кольца за счет электронно-ионных столкновений, 76638ч

55

За счет некогерентного синхротронного излучения кольцо сжимается по радиусу. Характерное время сжа3

Недостаток способа связан с тем, что электронное кольцо вместе с захваченными ионами не удается удерживать в сжатом состоянии продолжительное время (более 1 мс), и ионы высокой зарядности не успевают образоваться. Реальное время удержания в данном способе можно увеличить не более, чем в 2-3 раза за счет увеличения емкости или индуктивнос- 10 ти катушек в последней по счету ступени сжатия.

Цель изобретения - получение ионов высокой зарядности за счет длительного удержания электронного кольца >5 в сжатом состоянии.

В предлагаемом способе цель.достигается тем, что медленно уменьшают индукцию магнитного, поля путем закорачивания токовых катушек и при этом последние охлаждают до температуры, обеспечивающей примерное равенство декрементов затухания магнитного поля и уменьшения радиуса кольца.

Для эффективной ионизации плотность электронов в кольце должна быть достаточно высокой на протяжении всего времени его существования в сжатом состоянии. 1(роме того, иэ соображений удобств проводимых экспериментов желательно сохранять постоянным средни . радиус кольца, Средний радиус кольца без учета потерь энергии электронов на синхротронное излучение возрастает при умень35 шении индукции магнитного поля обратно пропорционального квадратному корню из индукции. Само магнитное поле зашунтированных катушек

40 уменьшается во времени с декрементом, равным L/R(T)C ", где L - индуктивность катушек, R(T) - их сопротивление, которое вносит главный вклад в омическое сопротивление всей цепи, 1 - температура катушек. Для

45 катушек заданной формы, величина

L/R зависит от начального удельного сопротивления материала катушки, а не от сопротивления катушки или числа ее витков. Увеличение времени затухания магнитного поля достигается при охлаждении катушек за счет уменьшения удельного сопротивления материала. тия определяется декрементом, примерно равным 5,6 ° 10 /г С 1, .2. где Г(см) — радиус электронного кольца, 0 - релятивисткий фактор вращения электронов, Условие постоянства радиуса кольца во времени можно записать как

R(T)-"90---L.

1 °

В результате совместного действия излучения и спадающего в времени магнитного поля, создаваемого охлажденными до необходимой температуры катушками, изменение среднего радиуса кольца можно сделать несущественным в интервале времени

100 мс. При этом возможны такие условия, когда малые размеры кольца будут даже уменьшаться за счет синхротронного излучения. Таким образом, объем кольца сохраняется примерно постоянным в течение длительного времени спада магнитного поля, что позволяет производить глубокую ионизацию атомов, средних в Периодической таблице Д.И. Менделеева и тяжелых, вплоть до урана.

На фиг. 1 показана установка для реализации предлагаемого способа.

Установка содержит камеру 1 адгезатора (компрессора), токовые катушки 2 последней ступени сжатия, электронно-ионное кольцо 3, источник тока ИТ с коммутаторами, криогенную систему КС.

Возможная электрическая схема цепи последней ступени сжатия показана на фиг. 2.

Схема работает следующим образом.

Емкость заряжают от источника высокого напряжения через сопротивление R, затем еще она разряжается через управляемый коммутатор по цепи Ь -К„-В. -L< L<=L и К„ =К индуктивности и сопротивления первой и второй катушек, й=Г„ +R и L=L +

+I. +2Е,1.2 - общее сопротйвление и ю индуктивность цеги, Ь„- взаимная индуктивность катушек) . После достижения в момент времени t в цепи значения тока, близкого к максимальному, включают коммутатор К2 шунтирующий запасенный в индуктивности 1.то„, который затем циркулирует в цепи шунтировки до полного затухания. В качестве коммутатора тока можно использовать, например, тиристоры.

Формула изобретения

Способ получения ионов высокой зарядности, включающий формирование

5 766384 6 релятивистских электронных колец нитного поля и уменьшения радиуса и их сжатие в нарастающем во време кольца. ни магнитном поле, создаваемом токо- Источники информации, выми катушками, и инжекцию нейтраль- принятые во внимание при экспертизе ных атомов в сжатое кольцо, о т л и- s 1. Авторское свидетельство СССР ч а ю шийся тем, что, с целью У 248860, кл. Н 01 J 3/04, 1968. увеличения зарядности ионов, медлен- 2, Труды IY Всесоюзного совещано уменьшают индукцию магнитного по- ния по ускорителям заряженных часля путем закорачивания токовых кату- тиц, ?, "Наука" M 1975> с. 109. шек и при этом последние охлаждают в 3. Саранцев В.П., Перельштейн Э.А. до температуры, обеспечивающей ра- Коллективный ускоритель тяжелых венство декрементов затухания маг- ионов ОИЯИ, 1977, с. 449 (прототип).

766384

Orn синюрониюатора

Фиг.8

Составитель Л. Икоев

«Редактор Е. Зубиетоваа«Техред А.Бабинец Корректор H. Король

Заказ 10892/11 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

«11 ОД,Москва 6-Я Раушская наб д. 4Д

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