ионно-оптическая система с магнитной защитой электродов

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.

Описание изобретения к патенту

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.