SU1625257A1 - Pulse source of ions - Google Patents
Pulse source of ions Download PDFInfo
- Publication number
- SU1625257A1 SU1625257A1 SU894663490A SU4663490A SU1625257A1 SU 1625257 A1 SU1625257 A1 SU 1625257A1 SU 894663490 A SU894663490 A SU 894663490A SU 4663490 A SU4663490 A SU 4663490A SU 1625257 A1 SU1625257 A1 SU 1625257A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- chamber
- discharge chamber
- magnetic field
- cathode
- increase
- Prior art date
Links
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 title description 14
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- -1 iodine ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к источникам ионов, используемым в термо дерных установках, ускорител х зар женных частиц и в технологических установках,, Целью изобретени вл етс повышение эффективности извлечени и увеличение фазовой плотности потока vjoiioBo Устройство содержит разр дную 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 электропитани о Эмиссионное отверстие анода герметично закрыто подвижной заслонкой электромагнитного клапана В разр дной камере установлена газова магистраль, соединенна с системой подачи рабочего газао Коакси- ально разр дной камере с ее внешней стороны размещены посто нные магниты, создающие магнитное поле внутри камеры остроугольной конфигурации. Напр женность магнитного пол возрастает от продольной оси симметрии pas - р дной камеры к ее станкам 3 ил.The invention relates to ion sources used in thermo-nuclear installations, accelerators of charged particles and technological installations. The purpose of the invention is to increase the extraction efficiency and increase the phase density of the flow. VjoiioBo cathode and anode made in the form of an end wall with an emission hole The cathode and chamber walls are independently connected to pulsed high-voltage power supplies issionnoe anode hole is sealed by a movable shutter of the solenoid valve in the discharge chamber with a gas line, connected to a processing gas supply system of a coaxial discharge chamber with its outer side arranged permanent magnets creating a magnetic field inside the chamber acute configuration. The intensity of the magnetic field increases from the longitudinal axis of symmetry of the pas - closest chamber to its machines 3 Il.
Description
Иэобретение относитс к источникам ионов, используемым в термо дерных установках, ускорител х зар женных частиц и в технологических установкахThe invention relates to ion sources used in thermo-nuclear installations, accelerators of charged particles and in technological installations.
Целью изобретени вл етс повышение эффективности извлечени и увеличение фазовой плотности потока ионов .The aim of the invention is to increase the extraction efficiency and increase the phase density of the ion flow.
На фиг„I изображена схема источников ионов; на - поперечный разрез разр дной камеры источника ионов в области торцовой стенки с конфигурацией силовых линий магнитного пол ; на. фиг03 - распределение величины индукции В магнитного пол по диаметру d разр дной камеры в области эмиссионного отвер ги ,,Fig I shows a diagram of ion sources; Figure 5 shows a cross section of the discharge chamber of the ion source in the region of the end wall with the configuration of the magnetic field lines of force; on. Fig. 03 shows the distribution of the magnitude of the induction B of the magnetic field over the diameter d of the discharge chamber in the region of the emission hole.
Импульсный источник ионов содержит разр дную камеру 1, соединенную с положительным полюсом импульсного источника 2 электропитани , анод 3, выполненный в виде электронзолиро- ванной торцовой стенки камеры, соерк The pulsed ion source contains a discharge chamber 1 connected to the positive pole of the pulsed power supply source 2, the anode 3, made in the form of an electronically polished end wall of the chamber,
оъ юo yu
СП ЮJV Yu
елate
чh
диненной с корпусом А источника ионов „ В аноде 3 выполнено эмиссионное отверстие 5„ Электромагнитный клапан 6 установлен таким образом, что его подвижна заслонка герметично закрывает эмиссионное отверстие 5о Посто нные магниты 7 расположены таким образом (см0фиг02), что создаваемое ими магнитное поле образует остро- JQ угольную конфигурацию силовых линий, нараста от центра разр дной камеры к ее периферии, при этом на продольной оси камеры в области эмиссион- кого отверсти величина индукции маг-J5 нитного пол минимальна (см„фиг03)о В состав источника ионов вход т газова магистраль 8 подачи рабочего газа в камеру 1, полый безнакальный катод 9 цилиндрической формы, рас- 20 положенный вдоль продольной оси разр дной камерЫо Полый-катод подключен к импульсному источнику 10 электропитани и электрически изолирован от стенок камеры через изол торы П« 25The ion source with housing A is “In the anode 3, an emission hole 5 is made.” The solenoid valve 6 is installed so that its movable valve tightly closes the emission hole 5 °. The permanent magnets 7 are arranged in such a way (see Fig. 10) that the magnetic field created by them forms a sharp JQ is the coal configuration of the power lines, the height from the center of the discharge chamber to its periphery, while on the longitudinal axis of the chamber in the region of the emission hole the magnitude of the magnetic field is minimal (see „FIG. 03) о В the remaining ion source enters the gas main 8 supplying the working gas to the chamber 1, a hollow non-calcined cathode 9 of cylindrical shape, located 20 along the longitudinal axis of the discharge chamber. P "25
Электрические источники питани 2, 10 представл ют собой импульсные высоковольтные схемы известных в технике конструкций,,Electrical power sources 2, 10 are pulsed high-voltage circuits known in the art of designs,
Предлагаемый источник ионов работает следующим образомоThe proposed ion source works as follows
В исходном состо нии безнакальный катод 9, стенки разр дной камеры I и анод 3 наход тс под одинаковым электрическим потенциалом, а разр дна камера I заполн етс рабочим газом через газовую магистраль 8, Перетеканию газа из разр дной камеры 1 во внешний объем преп тствует заслонка электромагнитного клапана 6, перекры- Q вающа анодное отверстие эмиссии в промежутках между рабочими импульсами источника,, Магниты 7 создают в разр дной камере 1 посто нное остроугольное магнитное поле, величина ко- $5 торого быстро нарастает в области стенок камеры. В этот период времени источник электрическую энергию не потребл ет Дл зажигани электрического разр да в камере источника одно- ,. временно на период горени разр да к соответствующим электродам прикладываютс напр жени : к катоду - поступающее с источника 10 питани высоковольтное отрицательное напр жение; на боковые стенки разр дной камеры 1 подаетс импульс высоковольтного напр жени положительной пол рности с источника 2 питани ,, ПриIn the initial state, the bulkless cathode 9, the walls of the discharge chamber I and the anode 3 are at the same electric potential, and the discharge chamber I is filled with working gas through the gas line 8. Gas flows from the discharge chamber 1 into the external volume. of the electromagnetic valve 6, which blocks the Q emission anode opening in the gaps between the source working pulses, the magnets 7, create a constant acute-angular magnetic field in the discharge chamber 1, the magnitude of which rapidly increases in the region of the walls to amers. During this period of time, the source of electrical energy does not consume. For igniting the electric discharge in the chamber of the source one. temporarily, for the period of burning of the discharge, voltage is applied to the corresponding electrodes: to the cathode — a high-voltage negative voltage coming from the power source 10; The side walls of the discharge chamber 1 are energized by a high-voltage positive-polarity impulse from the power supply 2, when
30thirty
3535
5555
Q 5 0 5Q 5 0 5
Q $5 . 0Q $ 5. 0
5five
5555
этом заслонка электромагнитного клапана 6 открывает отверстие 5 эмиссии на врем , необходимое дп выпуска ионов Иод действием разности потенциалов , возникающей между электрически изолированными от корпуса источника и друг от друга катодом 9 и боковыми стенками разр дной камеры I, возникает процесс автоэлектронной эмисии с острых кромок катода 9«Этот процесс инициирует развитие газового разр да Первичные электроны с катода и образованные ими в.результате ионизации рабочего газа медленные электроны, попада в поле с высокой разностью электрических потенциалов приложенной между катодом 9 и стенками разр дной камеры 1, ускор ютс , набира энергию, достаточную дл ионизации газа за более короткое врем и на более коротком отрезке пути, чем это имеет место в прототипе,, Они ионизируют на своем путл рабочий газ, а попада в пристеночную область с сильным магнитным полем, создаваемым магнитами 7, возвращаютс обратно в зону ионизациио В процессе приближени к стенке камеры величина магнитного пол начинает резко возрастать , в результате увеличиваетс врем жизни электронов в области ио- низациио Учитыва повышенный уровень давлени газа в период разр да в камере , достигаемый введением в конструкцию электромагнитного клапана 6, и то, что электроны приобретают потенциал , достаточный дл ионизации газа на коротком участке пробега, характерном дл повышенных давлений газа, а уход положительных ионов в результате радиального дрейфа из области ионизадии на боковые стенки разр дной камеры затруднен наличием на них высокого положительного потенциала , создаваемого источником 2 питани , становитс возможным за- |жечь электродуговой разр д между без- накальным катодом 9 и анодом 3 в об- ласти, свободной от магнитного пол , характеризующийс высокой плотностью тока« Это позвол ет увеличить плотность ионной составл ющей в плазме и ведет к увеличению тока пучка ионов на выходе источникаIn this way, the valve of the solenoid valve 6 opens the emission port 5 for the time required for the discharge of iodine ions by the action of the potential difference arising between the cathode 9 electrically isolated from the source case and from each other and the side walls of the discharge chamber I, the process of field emission occurs from the sharp edges of the cathode 9 "This process initiates the development of a gas discharge. Primary electrons from the cathode and the slow electrons formed by them as a result of the ionization of the working gas The electrical potentials applied between the cathode 9 and the walls of the discharge chamber 1 are accelerated, gaining enough energy to ionize the gas in a shorter time and on a shorter path length than is the case in the prototype, They ionize the working gas and entering the near-wall region with a strong magnetic field created by the magnets 7, are returned back to the ionization zone. As the chamber wall approaches, the magnetic field begins to increase dramatically, resulting in an increase in the lifetime of the electric field. Taking into account the increased level of gas pressure during the discharge period in the chamber, achieved by introducing electromagnetic valve 6 into the design, and the fact that electrons acquire the potential sufficient to ionize gas during a short run, which is characteristic of higher gas pressures, and the departure of positive ions as a result of radial drift from the ionization region to the side walls of the discharge chamber is made difficult by the presence of a high positive potential created by the power source 2, becomes possible m start electric arc discharge between non-cathode cathode 9 and anode 3 in a region free of a magnetic field, characterized by a high current density. This allows an increase in the density of the ion component in the plasma and leads to an increase in the ion beam current source outlet
Поскольку в предлагаемом источнике используетс безнакальный катод, не требующий предварительного нагрева , то в период между рабочими импульсами потреблени электроэнергии из внешней цепи источником не происходит , что делает его энергетически более экономичным Отсутствие в конструкции нагревательного элемента и то, что в рабочих режимах катод не подвержен разрушению от длительного разогрева, повышает надежность работы предлагаемой конструкции,, Наличие электромагнитного клапана, подвижна заслонка которого перекрывает отверстие эмиссии в аноде в период между рабочими импульсами, преп тству перетеканию газа из разр дной камеры во внешний объем, открыва сь только на врем выпуска ионов пучка, позвол ет осуществл ть режим рационального расходовани рабочего газа и снижает нагрузку газовым потоком устройств, наход щихс во внешнем объемеSince the proposed source uses a non-cathode cathode that does not require pre-heating, there is no source of electricity from an external circuit between operating pulses, which makes it energy-efficient More from prolonged heating, increases the reliability of the proposed design, the presence of an electromagnetic valve, the movable valve which closes the hole Emissions in the anode in the period between operating pulses, preventing gas from flowing from the discharge chamber into the external volume, opening up only for the time of ion release of the beam, allows for a rational consumption of the working gas and reduces the gas flow of the devices external volume
В результате испытани экспериментального образца импульсного источника ионов с периферийным магнитным полем на ускорителе пр мого действи при длительности импульса тока пучка 4-1( и частоте повторени импульсов I Гц , с использованием в разр дной камере в качестве рабочего газа водорода, на выходе ускорител был получен пучок положительных ионо с током 6 А, имеющий фазовую плотность 6 АДЬм Мрад), ускоренный до 30 кВ, а потребл ема источникомAs a result of testing an experimental sample of a pulsed ion source with a peripheral magnetic field at an accelerator with a direct current pulse duration of 4-1 (and pulse repetition frequency I Hz, using hydrogen as the working gas in the discharge chamber, a beam of positive ion with a current of 6 A, having a phase density of 6 ADhm Mrad), accelerated to 30 kV, and consumed by the source
/ f/ f
8eight
VV
ЯI
А.BUT.
WW
электрическа ла 0 Вт.electric 0W.
мощность HP превосходиsurpass HP power
5five
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU894663490A SU1625257A1 (en) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | Pulse source of ions |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU894663490A SU1625257A1 (en) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | Pulse source of ions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1625257A1 true SU1625257A1 (en) | 1992-04-07 |
Family
ID=21434641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU894663490A SU1625257A1 (en) | 1989-03-20 | 1989-03-20 | Pulse source of ions |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1625257A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2249880C2 (en) * | 2003-06-24 | 2005-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по Атомной Энергии | Pulsed hydrogen ion source with cold pin cathode |
| RU2308115C1 (en) * | 2006-02-16 | 2007-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации Институт теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова" | Direct-current hydrogen ion source |
| CN114471154A (en) * | 2021-12-23 | 2022-05-13 | 中国原子能科学研究院 | Ion source of isotope electromagnetic separator and its arc discharge structure |
-
1989
- 1989-03-20 SU SU894663490A patent/SU1625257A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Панасенков А0А, и др. Водородный источник ионов с периферийным магнитным полем Плазменные ускори- тели и ионные инжекторы М„: Наука, 1984, с.,154-163. Баталии и др« Исследование возможности получени ионов гели в дуоплаэматроне с холодным катодом0 Вопросы атомной науки и техники0 Техника физического экспериментав 1985, вып.1(22), с„ 48, 49. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2249880C2 (en) * | 2003-06-24 | 2005-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по Атомной Энергии | Pulsed hydrogen ion source with cold pin cathode |
| RU2308115C1 (en) * | 2006-02-16 | 2007-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации Институт теоретической и экспериментальной физики им. А.И. Алиханова" | Direct-current hydrogen ion source |
| CN114471154A (en) * | 2021-12-23 | 2022-05-13 | 中国原子能科学研究院 | Ion source of isotope electromagnetic separator and its arc discharge structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2243408C2 (en) | Electrostatic engine | |
| US5537005A (en) | High-current, low-pressure plasma-cathode electron gun | |
| ATE296949T1 (en) | COMPACT LOW ENERGY PLASMA FUEL CONVERTER DEVICE | |
| US4800281A (en) | Compact penning-discharge plasma source | |
| RU2009107215A (en) | METHOD FOR PULSE FLOW GENERATION OF HIGH ENERGY PARTICLES AND PARTICLE SOURCE FOR IMPLEMENTING SUCH METHOD | |
| US3015745A (en) | Apparatus for ionising a gas to obtain high intensity pulsed ions or electrons | |
| US3104345A (en) | Plasma generator for a highly ionized electrical plasma | |
| SU1625257A1 (en) | Pulse source of ions | |
| JPS596024B2 (en) | Ion source power supply | |
| RU2045103C1 (en) | Duoplasmatron | |
| RU2387039C1 (en) | High-frequency generator with discharge in hollow cathode | |
| RU2045102C1 (en) | Plasma emitter of ions | |
| US3271001A (en) | Quick acting valve | |
| KR940025403A (en) | Method and apparatus for producing low energy neutral particle beam | |
| RU2835964C2 (en) | Charged particle source | |
| SU528386A1 (en) | Sorption Vacuum Pump | |
| RU2144257C1 (en) | High-voltage generator of short pulses | |
| US3137820A (en) | High-current pulsed ion source | |
| JPH09259781A (en) | Ion source device | |
| SU818366A1 (en) | Ion source | |
| RU2100916C1 (en) | Plasma accelerator | |
| CN117812795B (en) | A device and method for generating a high-current pulsed ion beam of an electron cyclotron resonance ion source | |
| SU1415475A1 (en) | Ion accelerator | |
| CN214675823U (en) | Microwave-induced metal discharge combustion-supporting device | |
| RU2076384C1 (en) | Plasma source of negative atomic ions |