сильноточный линейный ускоритель ионов
Классы МПК: | H05H9/04 на стоячей волне |
Автор(ы): | Гаврилов Н.М., Комаров Д.А., Струков Ю.Н. |
Патентообладатель(и): | Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-09-04 публикация патента:
10.06.2002 |
Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к устройствам, в которых происходит ускорение заряженных частиц за счет их эффективного взаимодействия с высокочастотным электрическим полем, и может применяться при создании барнер-реактора для трансмутации долгоживущих радионуклидов, содержащихся в радиоактивных отходах атомных электростанций и атомных подводных лодок, а также в микроэлектронике при формировании комбинированных слоев ионов. Технический результат - увеличение межэлектродной емкости и суммарной индуктивности колебательного контура, что приводит к значительному уменьшению резонансной частоты колебательного контура или к увеличению длины волны, а следовательно, к возрастанию области захвата частиц и повышению предельного тока ускоренных ионов в каждом отдельном канале. Ускоритель содержит цилиндрический экран с торцевыми фланцами. Внутри экрана перпендикулярно оси установлены токопроводящие кольца, на которых равномерно по окружности размещены трубки дрейфа со встроенными фокусирующими квадруполями на постоянных магнитах. Каждое кольцо закреплено между собой посредством двух диаметрально расположенных опор так, что опоры соседних колец взаимно перпендикулярны. На каждом торцевом фланце резонатора выполнен кольцевой выступ с полутрубками, на внешней цилиндрической поверхности которого установлены с возможностью азимутального перемещения четыре взаимно перпендикулярных штыря, которые не имеют электрического контакта с внутренней поверхностью экрана, а также между собой, а на каждом из колец с трубками дрейфа установлены подвижные контактные устройства, соединяющие внешнюю поверхность кольца и внутреннюю поверхность экрана, а также внутреннюю поверхность одного кольца с внешней поверхностью другого концентрически расположенного кольца. По оси резонатора размещен узел генерации ВЧ-колебаний, включающий высоковольтный источник электронов, систему формирования и канал для электронного пучка. Канал содержит отверстия в торцевых фланцах, выполненные на оси резонатора, трубку дрейфа электронов с фокусирующими магнитами и зазоры в начале и конце резонатора. Каждый из концов трубки дрейфа закреплен на внутренней поверхности кольцевого выступа посредством двух или более держателей. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Сильноточный линейный ускоритель ионов, содержащий генератор ВЧ-колебаний, многопучковый ионный источник, многопучковый ускоряющий резонатор, выполненный в виде цилиндрического экрана с торцевыми стенками и расположенных в нем трубок дрейфа с держателями, закрепленными на внутренней поверхности экрана, держатели выполнены в виде токопроводящих колец, установленных в экране перпендикулярно его оси симметрии, на которых равномерно по окружности размещены трубки дрейфа, снабженные магнитотвердыми квадруполями, крепление токопроводящих колец осуществлено посредством двух диаметрально расположенных основных опор так, что в соседних кольцах они расположены в ортогональных плоскостях, отличающийся тем, что дополнительно введены токопроводящие кольца, установленные концентрически внутри экрана перпендикулярно его оси симметрии.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к устройствам, в которых происходит ускорение заряженных частиц за счет их эффективного взаимодействия с высокочастотным электрическим полем и может применяться при создании барнер-реактора для трансмутации долгоживущих радионуклидов, содержащихся в радиоактивных отходах атомных электростанций и атомных подводных лодок, а также в микроэлектронике при формировании комбинированных слоев ионов. Известен многопучковый линейный резонансный ускоритель ионов аргона [1], основу которого составляет многоканальный ускоряющий резонатор. В нем традиционные трубки дрейфа при одноканальном варианте представляют собой пластины с несколькими отверстиями, которые совместно с соосными отверстиями соседних пластин образуют набор ускоряющих каналов. Наличие нескольких ускорительных каналов дает возможность повысить суммарный ускоренный ток. Однако за счет возрастания дополнительной межэлектронной емкости многократно увеличивается требуемая мощность ВЧ-питания, которая и ограничивает достигаемый ускоренный ток пучка. В нем отсутствует возможность вносить самостоятельную юстировку каждого из ускорительных каналов, если будут иметь место погрешности изготовления пластин электродов. К тому же возникают трудности с размещением в каналах фокусирующих линз, а рекомендуемая для таких систем фазопеременная фокусировка неэффективна для больших токов, чувствительна к неравномерности распределения ВЧ-потенциала вдоль поверхности пластин и не позволяет ускорять сильноточные ионные пучки без потерь, что является необходимым условием для обеспечения радиационной чистоты ускорителя. Наиболее близким к предлагаемому является сильноточный линейный ускоритель ионов [2], основу которого составляет многоканальный ускоряющий резонатор, совмещенный с мощным ВЧ-генератором. Резонатор содержит цилиндрический экран с торцевыми фланцами. Внутри экрана перпендикулярно оси установлены токопроводящие кольца, на которых равномерно по окружности размещены трубки дрейфа со встроенными фокусирующими квадруполями на постоянных магнитах. Каждое кольцо закреплено на внутренней поверхности экрана посредством двух диаметрально расположенных опор. Для совмещения мощного ВЧ-генератора с многоканальным ускоряющим резонатором каждый из ускоряющих каналов снабжен высоковольтным источником электронов и системой электродов, формирующей электронный пучок, соосный ионному. Однако суммарный ускоренный ток такого ускорителя ограничен рядом факторов, таких как небольшая область захвата частиц, а следовательно, ограничение на значение предельного тока ускоренных ионов в каждом отдельном канале, слабая интенсивность пучка, а также высокое значение энергии инжекции частиц. К тому же линейный ускоритель [2] не позволяет ускорять сильноточные ионные пучки без потерь, что является необходимым условием для обеспечения радиационной чистоты ускорителя, а также незначительно решает проблему использования мощного ионного пучка и его ослабления. Технический результат заключается в том, что в известном сильноточном линейном ускорителе ионов, содержащем генератор ВЧ-колебаний, многопучковый ионный источник, многопучковый ускоряющий резонатор, выполненный в виде цилиндрического экрана с торцевыми стенками и расположенных в нем трубках дрейфа с держателями, закрепленными на внутренней поверхности экрана, держатели выполнены в виде токопроводящих колец, установленных в экране перпендикулярно его оси, при этом равномерно по окружности на токопроводящих кольцах размещены трубки дрейфа, снабженные магнитотвердыми квадруполями, крепление токопроводящих колец осуществлено посредством двух диаметрально расположенных основных опор таким образом, что в соседних кольцах они расположены в ортогональных плоскостях, дополнительно введены токопроводящие кольца, установленные концентрически внутри экрана перпендикулярно его оси симметрии. Данный эффект достигается путем добавления токопроводящих колец, концентрически расположенных внутри экрана перпендикулярно его оси симметрии, которые приводят к увеличению межэлектродной емкости и суммарной индуктивности колебательного контура, что в свою очередь приводит к значительному уменьшению резонансной частоты колебательного контура или к увеличению длины волны, а следовательно, к возрастанию области захвата частиц и повышению предельного тока ускоренных ионов в каждом отдельном канале. Число параллельных ускорительных каналов n по азимуту с фиксированным радиусом, кроме конструктивных соображений, будет определяться предельным током ускоренных частиц в одном канале I пред.. Если требуемый ток равен I, то число каналов n=I/Iпред.. Тогда полный ток в сильноточном линейном ускорителе ионов будет определяться, как Iпол=m![сильноточный линейный ускоритель ионов, патент № 2183390](/images/patents/287/2183002/8226.gif)
![сильноточный линейный ускоритель ионов, патент № 2183390](/images/patents/287/2183002/8226.gif)
![сильноточный линейный ускоритель ионов, патент № 2183390](/images/patents/287/2183002/945.gif)
![сильноточный линейный ускоритель ионов, патент № 2183390](/images/patents/287/2183002/8226.gif)
![сильноточный линейный ускоритель ионов, патент № 2183390](/images/patents/287/2183002/945.gif)
![сильноточный линейный ускоритель ионов, патент № 2183390](/images/patents/287/2183002/955.gif)
![сильноточный линейный ускоритель ионов, патент № 2183390](/images/patents/287/2183002/945.gif)
![сильноточный линейный ускоритель ионов, патент № 2183390](/images/patents/287/2183002/8226.gif)
![сильноточный линейный ускоритель ионов, патент № 2183390](/images/patents/287/2183002/945.gif)
1. Абраменко Н.И., Баев В.К., Белоусов В.В. и др. Многопучковый линейный резонансный ускоритель ионов аргона. Труды Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. Дубна, 1987, т.1, с. 197. 2. Гаврилов Н.М., Минаев С.А., Шальнов А.В. Сильноточный линейный ускоритель ионов. Патент 2059346, Р.Ф., г. Москва, 1996.
Класс H05H9/04 на стоячей волне