Дуоплазматрон

Дуоплазматро́н — плазменный источник положительных или отрицательных ионов.

Дуоплазматрон — плазменный источник ионов ускорителя, в разрядной камере которого плазма создаётся колебаниями электронов в постоянном продольном магнитном поле.

Физические основы

Файл:Дуоплазматрон.svg

Схема конструкции дуоплазматрона

В дуоплазматроне (разные конструкции имеют другие названия, например, источник Манфреда фон Арденне (создан в 1948, модифицирован в 1956), источник Келли, дуоплазмон Р. Демирханова, и др.) плазма подвергается резкому сжатию в области эмиссионного отверстия в аноде с помощью сильной магнитной линзы (на рисунке магнитная линза показана синим цветом). Продольное магнитное поле создаётся промежуточным электродом и анодом (см. рисунок). Промежуточный электрод и анод играют роль полюсных наконечников, а магнитное поле создаётся катушкой, показанной на рисунке красным цветом. Промежуточный электрод имеет толщину, достаточную для того, чтобы в области катода магнитное поле отсутствовало, а в области между катодом и и промежуточным электродом создавался бы уноплазматронный режим.

При движении электронов в направлении анода они попадают в область действия магнитной линзы, образующей сходящееся магнитное поле с высоким градиентом сходимости. Конструкция промежуточного электрода и магнитной линзы такова, что на выходе из выходного отверстия анода образуется плазма высокой плотности, локализованная в небольшой области пространства.

При впуске газа он ионизируется электронами, эмитированными с катода, и в области сгущения плазмы вблизи анода образуется ионное облако. Продольное магнитное поле удерживает электроны и дополнительно увеличивает плотность плазменного облака. Таким образом, в дуоплазматроне образуется два вида плазмы — разряжённая и плотная. Именно из-за наличия двух областей плазмы источник подобной конструкции называется дуоплазматроном.

В источнике Арденна были достигнуты следующие показатели: выходной стационарный пучок ионов $H^{+}$ с током 80 мА при выходном отверстии 1,2 мм и извлекающем ионный пучок напряжении 60 кВ. При напряжении и токе разряда 120 В и 2 А и вытягивающем токе 80 мА была достигнута газовая эффективность порядка 95 %.

В дуоплазмоне Келли вместо железного анода был установлен медный охлаждаемый анод с вольфрамовой вставкой; в этой конструкции была достигнута величина газовой эффективности порядка 92 %.

В дуоплазмоне Демирханова за медным анодом располагался железный антикатод. Ионный пучок был атомарным (85 %), и при ускоряющем напряжении 30 кВ ионный ток достигал значений 1,5 А. Токовые измерения проводились с помощью цилиндров Фарадея.

Известны конструкции с магнитным кольцом (например, источник Брейнарда — О’Хагана).

Применение

Дуоплазматроны широко используются в ускорительной технике для создания интенсивных ионных пучков, формируемых из недорогих газов. В дуоплазмонах формируют пучки протонов, отрицательных ионов водорода $H^{-}$, ионов гелия, аргона, ксенона, криптона, ртути, и других газов. В ЦЕРН более 30 лет действует линейный ускоритель протонных пучков LINAC2 (остановлен в 2018 году), источником к которому служил дуоплазматрон с импульсом до 200 мА и длительностью 180 мкс.

См.также

• Плазматрон

Литература

• Форрестер А. Т. Интенсивные ионные пучки. — Москва : Мир, 1992
• Коротеев А. С., Миронов В. М., Свирчук Ю. С. Плазматроны. Конструкции, характеристики, расчёт. — Москва : Машиностроение, 1993
• Чумаков С. Н., Шамовский В. Г. Дуоплазматрон с холодным полым катодом. — Новосибирск : ИЯФ СО АН СССР, 1991

Ссылки

• Масс-спектрометрия
• ГОСТ Р 52103—2003. Ускорители заряженных частиц

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Дуоплазматрон», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Дуоплазматрон» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».