Ускоритель ионов — SU 1415475 (original) (raw)
(19) (11) 5 1)4 Н 05 Н 5/О пол аннь ники СССР 983, ель тя- ,21-23. рнои осиоритель име- сЩть генерив ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-исследовательскийтут ядерной физики при Томскомтехническом институте им,С Л.Ки Томский институт автоматизирсистем управления и рапиоэлект(57) Изобретение может быть использо вано для получения пучков тяжелыхионов наносекундной длительности. Ускоритель ионов содержит двойную коаксиальную формирующую линию, расположенную вне вакуумной части корпуса иимеюц 1 ую внешний средний и внутренний электроды 1,2,5 соответственно,разрядник 4, источник 3 питания, зарядную индуктивность 6, потенциальный электрод 7 планарного диода (ПД)который выполнен массивным из материала ионы которого нужно ускорить,Второй электрод ПД выполнен в виденабора из параллельно расположенных оскости, перпендику проводников 8, 9, У овышенную эффективн ния ионов, 2 ил.Изобретение относится к областиускорительной техники и может бытьиспользовано для получения пучков тяжелых ионов наносекундной длительнос 5тиЦель изобретения - повьппение эффективности генерации ионов.На фиг.1 схематично изображен ускоритель ионов; на фиг.2 - второй 10электрод планарного диода и его подключение,Использование предлагаемого заземленного электрода диода, вариантаклассической схемы двойной формирующей линии(ДФЛ), применяемого в электронных ускорителях, позволяет осуществить принцип генерации тяжелыхионов, реализованный в известномустройстве, значительно повысив при 20этом эффективность генерации ионов.Ускоритель (фиг.1) содержит корпус 1 ускорителя, который одновременно является наружным электродомДФЛ, средний электрод 2 ДФЛ соединен 25с зарядньи устройством 3 и через коммутаторы 4 соединен с корпусом 1 ус-.корителя, внутренний электрод 5 ДФЛсоединен индуктивностью 6 с корпусом1 и гальванически с потенциальным 30электродом 7 планарного диода, который выполнен массивным из материала,ионы которого надо ускорить, Второйэлектрод диода представляет собойсистему чередующихся плоскопараллельных проводников 8 и 9. Кроме того, показаны (фиг.1) вэрывоэмиссионная плазма 10, силовые линии магнитного поля 11, создаваемого током, протекающим по проводникам 8 и 9, ионный пучок 12, вытягиваемый из плазмы 10.Заземленный электрод планарногодиода (фиг.2) соединен с корпусом 1ускорителя и дополнительным источником 13 тока. Одни концы проводников9 соединены между собой и подключенык положительному полюсу источника 13тока, вторые концы соединены с корпусом 1 Ускорителя, к которому Вторым 50полюсом подключен источник 13 тока.Концы проводников 8 также соединенымежду собой, но подсоединены они к источнику 13 тока противоположно провод.никам 9 так, что ток в соседних проводниках 8 и 9 протекает в противоположных направлениях.Ускоритель работает следующим образом. Включается дополнительный источник 13 тока и по проводникам 8 и 9 заземленного электрод диода течет в противоположных направлениях ток, создающий в ускоряющем промежутке диода изолирующее магнитное поле, конфигурация силовых линий 11 которого показана на фиг.1, Так как ток протекает в соседних проводниках в противоположных направлениях, то силовые линии 11 магнитногс поля замкнуты вокруг каждого провсдника. Так как магнитное поле импульсное - десятки микросекунд, а пстенциальный электрод 7 выполнен массивным (т.е. его толщина много больше скиновой толщины для используемого магнитного поля), то силовые линии 11 магнитного поля не проникают в потенциальный электрод, а только касаются его поверхности.и, проходя между проводниками 8 и 9, замыкаются затем в пространстве дрейфа.При достижении в ускоряющем зазоре максимума магнитного поля ВВсрабатывает зарядное устройство 3 и начинается заряд обеих линий ДФЛ, Причем как линия 1 так и линия 1 через зарядную индуктивность 6 заряжаются до (+) Пэ - напряжения на зарядном устройстве 3.После этого срабатывают коммутаторы 4, ДФЛ разрякается и, так как в первый момент вречени на электродах диода плазма отсутствует, в ускоряющем зазоре будет протекать ток, обусловленный автоэлектронной эмиссией ф Этот ток не может обеспечить согласованный режим работы ДФЛ и диода, импеданс. диода будет большим, для ДФЛ это будет режим "холостого хода", т.е. на диоде выделится удвоенное напряжение зарядки с обратным знаком -2 Па . Под действием этого напряжения на поверхности потенциального электрода 7 образуется взрывоэмиссионная плазма 10, Затем импеданс диода уменьшается до значений, необходимых для согласованного режима работы ДФЛ, Следовательно, после образования на потенциальном электроде 7 взрывоэмиссионной плазмы 10 напряжение на диоде упадет и будет поддерживаться на уровне, обеспечивающем значение тока близкого к току короткого замыкания ДФЛ.Между потенциальным электродом 7 и заземленным начнет протекать электронный ток. При .1 том электроны,эми14154 тированные иэ плазмы 10, двигаются вдоль силовых линий 11 магнитного поля в направлении к второму электроду диода и, проходя между проводниками 8 и 9, попадают в пространство дрейфа.При работе ДФЛ в режиме, близком к короткому замыканию, поглощение энергии в нагрузке (диода) незначительное и таким образом происходит перезарядка линий ДФЛ без потери энергии. Переходный процесс в линиях приводит к тому, что (при теоретическом рассмотрении процесса, т.е. 15 с нулевым импеденсом коммутатора 4 и диода) после импульса тока отрицательной полярности с длительностью равной 2сд, где- время прохода импульса вдоль линии, наступит пауза 2 О тока в нагрузке также длительностью 2 й и после этого (т.е. ко времени 4,й ) обе линии окажутся заряжены до напряжения 0 , т.е, ДФЛ вернется в исходное состояние, только с 25 другой полярностью зарядки линий ДФЛ и созданной вэрывоэмиссионной плазмой 1 О на потенциальном электроде 7 диода. В дальнейшем, так как коммутатор 4 продолжает оставаться замкну тым, происходит обычная работа ДФЛ с формированием на диоде импульса напряжения положительной полярности с амплитудой +П, Теперь уже электроды должны эмйтшроваться с родников 8 и 9, по которым протекает ток от источника 13 тока. Магнитный поток с ВВ, существующий между кажкаждьи проводником 8 и потенциальным электродом 7, будет препятствовать 40 протеканию электронного тока в ускоряющем промежутке. Следовательно, предлагаемая конструкция диода обладает вентильным 45 свойством относительно электронного тока и в ускоряющем промежутке происходит только ускорение ионов иэ взры 4воэмиссионной плазмы 10, Генерация ионов происходит в согласованном режиме ДФЛ и диода и почти вся энергия, запасенная в ДФЛ, передается ионному пучку, т.е, Е,. "2; Бгде 2;заряд ускоренных ионов; 0 - зарядное напряжение. Формула изобретения Ускоритель ионов, содержащий гальванически соединенный с общей шиной корпус, гальванически соединенный с общей шиной и разделенный на вакуумный и не вакуумный объемы дисковым проходным изолятором, двойную коаксиальную формующую линию, расположенную вне вакуумной части корпуса, внешний электрод которой выполнен гер метичным и совмещен с корпусом, разрядник, включенный между средним и внешним электродом двойной коаксиальной формирующей линии, источник питания, подключенный через проходной изолятор к среднему электроду двойной коаксиальной формирующей линии, зарядную индуктивность; включенную между корпусом и потенциальным электродом планарного диода, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьпления эффективности генерации ионов, средний электрод двойной коаксиальной формирующей линии подключен к положительному полюсу источника питания, внутренний электрод двойной коаксиальной формирующей ли нии гальванически соединен непосредственно с потенциальным электродом планарного диода, а второй электрод планарного диода выполнен в виде набора иэ параллельно расположенных в плоскости, перпендикулярной оси диода, проводников, подключенных к дополнительно введенному источнику тока так, что противоположные концы соседних проводников подключены к одноименному полюсу источника тока,1415475 Составитель Е,ГромовТехред А,Кравчук Корректор М.Максимишинец Редактор Н,Тупица Заказ 3890/57 Тираж 832 Подписное В 11 ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5