ионно-оптическая система с магнитной защитой электродов

Классы МПК:H01J27/18 с аксиальным магнитным полем
H05H7/04 магнитные системы; их возбуждение 
H05H7/08 устройства для инжекции частиц на орбиты 
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Институт теоретической и экспериментальной физики -
Приоритеты:
подача заявки:
1994-05-04
публикация патента:

Назначение: ионная техника, преимущественно для работы с интенсивными пучками в режимах большой длительности токовых импульсов. Изобретение обеспечивает повышение эффективности защиты ускоряющего электрода от потока заряженных частиц. Сущность изобретения: ионно-оптическая система состоит из плазменного и ускоряющего электродов. Последний выполнен в виде магнитной катушки, создающей конфигурацию магнитных силовых линий, при которой величина радиальной составляющей магнитного поля в каждой точке продольной оси системы будет минимальной и резко нарастает к периферии. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2087986

Рисунок 1

Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц и может использоваться в областях народного хозяйства, где требуются пучки заряженных частиц.

Известно, что в процессе ускорения пучок заряженных частиц образует вторичные частицы, которые, попадая на ускоряющие электроды оптической системы, разрушают их и затрудняют работу источников энергии и заряженных частиц.

Известна трехэлектродная ионно-оптическая система для ускорения ионов положительной зарядности, содержащая плазменный электрод, ускоряющий и замедляющий электроды [1]

Недостатком является то, что ускоряющий электрод слабо защищен от воздействия заряженных частиц и оптика должна иметь большое число электродов для повышения уровня защиты.

Техническим результатом является эффективная защита поверхности электродов от бомбардировки заряженными частицами.

Указанный результат достигается тем, что в ионно-оптической системе ускоряющий электрод выполнен в виде магнитной катушки, создающей конфигурацию магнитных силовых линий, при которой величина радиальной составляющей магнитного поля в каждой точке продольной оси будет минимальной и резко нарастает к периферии.

На чертеже показана схема установки с экспериментальным образцом заявленной системы.

Ионно-оптическая система состоит из источника ионов 1, находящегося под электрическим потенциалом положительной полярности относительно земли с величиной, равной ускоряющему напряжению, плазменного электрода 2, имеющего такой же потенциал, что и источник ионов, ускоряющего электрода 3, который выполнен в виде катушки конусообразной формы, находящейся под потенциалом земли и создающей магнитное поле 4, силовые линии которого вытянуты в сторону продольной оси системы, а величина этого поля такова, что электроны, идущие из пучковой плазмы 5, образуемой ускоряемыми частицами в области их дрейфа, надежно замагничены и не могут уйти с силовых линий магнитного поля.

Поток электронов извлекается из пучковой плазмы 5 потенциалом ускоряемого пучка, проваливающимся через апертуру электрода 3 ускоряющим пучок напряжением. Полярность этих напряжений такова, что заставляет электроны ускоряться в сторону источника ионов 1. На пути движения электроны попадают в магнитное поле 4, создаваемое электромагнитной катушкой 3, и замагничиваются. Двигаясь вдоль силовых линий магнитного поля 4 под действием ускоряющего напряжения по раскручивающейся спирали, электроны не могут изменить своих траекторий, и минуют поверхность ускоряющего электрода 3, не нагревая и не разрушая последней. Конфигурация магнитных силовых полей такова, что величина радиальной составляющей магнитного поля для каждой точки продольной оси будет минимальной на оси и резко возрастать к периферии. Такое распределение по радиусу магнитного поля способствует более интенсивному отклонению от центральной продольной оси электронов, движущихся в периферийных областях потока. В результате, распределение плотности электронов по сечению потока неравномерное и на центральной продольной оси системы достигает максимального значения.

Такое распределение плотности электронного потока в области ускоряющего электрода 3 формирует в облаке вращающихся электронов электрическое поле с эквипотенциалями такой формы, что они отклоняют движущиеся положительные ионы в сторону центральной продольной оси системы, препятствуя их попаданию на ускоряющий электрод 3. Движущиеся из пучковой плазмы 5 электроны, пройдя фокусирующий электрод 3, не попадают на плазменный электрод 2 или в источник ионов 1. Поскольку они достаточно сильно замагничены, то уводятся магнитным полем с центральной оси в область стенок, где их энергия может быть рекуперирована и полезно использована. Потоки ионов, идущие из периферийных областей плазмы ионного источника 1, потоки ионов, образованных в результате перезарядки на нейтральном газе, и все ионы, имеющие большие отклонения от продольной оси системы и движущиеся со стороны ионного источника 1, отклоняются к центральной продольной оси, минуя поверхность электрода 3. Положительный потенциал ускоряющего пучка и наличие проваливающегося (со стороны ионного источника) в апертуру электрода 3 ускоряющего поля препятствует попаданию на него ионов из области пучковой плазмы 5. Тем самым, достигается эффективная защита поверхности ускоряющего электрода от бомбардировки заряженными частицами, а также защищается источник ионнов 1 как от потока электронов, идущих из пучковой плазмы, так и от электронов, образованных в области ускорения в результате вторичной электронной эмиссии с поверхности электродов.

Регулируя величину магнитного поля ускоряющего электрода 3, можно изменять эффективное значение отношения длины ускоряющего промежутка к диаметру апертуры плазменного электрода 2 и влиять на характер распределения плотности электронов по сечению, что позволяет оперативно и в широких пределах фокусировать ускоряемый пучок.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ионно-оптическая система для ускорения частиц положительной зарядности, состоящая из плазменного и ускоряющего электродов, отличающаяся тем, что ускоряющий электрод выполнен в виде магнитной катушки, создающей конфигурацию магнитных силовых линий, при которой величина радиальной составляющей магнитного поля в каждой точке продольной оси ионно-оптической системы будет минимальной и резко нарастает к периферии.

Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс H01J27/18 с аксиальным магнитным полем

Класс H05H7/04 магнитные системы; их возбуждение 

Класс H05H7/08 устройства для инжекции частиц на орбиты 

Патенты РФ в классе H05H7/08:
способ проведения облучения злокачественных опухолей поджелудочной железы пучком адронов -  патент 2491107 (27.08.2013)
способ проведения облучения злокачественных опухолей желудка пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2424012 (20.07.2011)
способ проведения облучения злокачественных опухолей пищевода пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2423157 (10.07.2011)
способ проведения облучения злокачественных опухолей молочной железы пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2423156 (10.07.2011)
способ проведения облучения злокачественных опухолей трахеи пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2423155 (10.07.2011)
способ проведения облучения злокачественных опухолей легких пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2420332 (10.06.2011)
способ проведения облучения злокачественных опухолей печени пучком адронов и устройство для его осуществления -  патент 2417804 (10.05.2011)
инжектор электронов с выводом электронного пучка в среду с повышенным давлением и электронно-лучевая установка на его основе -  патент 2348086 (27.02.2009)
способ ускорения электронов в цилиндрическом бетатроне и устройство для его реализации -  патент 2071191 (27.12.1996)
способ инжекции пучка в накопительное кольцо -  патент 2012169 (30.04.1994)


Наверх