DE1213543B - Verfahren zum Einfangen von geladenen Teilchen in einer magnetischen Feldanordnung - Google Patents
Verfahren zum Einfangen von geladenen Teilchen in einer magnetischen FeldanordnungInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
G21b
Deutsche KL: 21%-21/21
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
G31613 VIIIc/21j
16. Februar 1961
31. März 1966
16. Februar 1961
31. März 1966
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einfangen von geladenen Teilchen in einer magnetischen
Feldanordnung, insbesondere Spiegelfeldanordnung, unter Ausnutzung von durch die Ladung
der Teilchen bedingten elektrischen Kräfte, bei dem die geladenen Teilchen von außerhalb in die Feldanordnung
hineingebracht werden.
Bei der Einführung elektrisch geladener Teilchen in Kammern, z. B. von Beschleunigern oder Plasmavorrichtungen,
bei denen zur Eingrenzung der Teilchen magnetische Felder benutzt werden, ergibt sich
eine grundsätzliche Schwierigkeit. Geladene Teilchen bewegen sich auf Spiralbahnen in einem statischen
magnetischen Feld. Die Teilchen, die in eine solche Kammer eingeführt werden, laufen daher in manchen
Fällen zurück und treffen auf die Quelle oder die Einführungsvorrichtung. Um einen solchen Bewegungsverlauf
der Teilchen zu verhüten, muß deren Bahn in dem magnetischen Feld geändert werden.
Dies kann durch Änderung der Stärke der magnetischen Flußdichte, durch Änderung der elektrischen
Ladung der Teilchen, durch Änderung der Geschwindigkeit oder durch Änderung der Masse dieser
Teilchen, nachdem sie in das magnetische Feld eingetreten sind, erreicht werden.
Bei den bekannten Einführungsverfahren wurde im
allgemeinen entweder das magnetische Feld oder die Masse der Teilchen geändert, um die Teilchen in dem
magnetischen Eingrenzungsfeld einzufangen. Beispielsweise wurde bei einem bekannten Verfahren
zur Einführung von Teilchen in eine Plasmakammer die Masse der Teilchen dadurch geändert, daß man
einen Strahl molekularer Ionen durch einen Gleichstromkohlebogen schickt, der innerhalb der Kammer
verlief. Der Kohlebogen dissoziierte die Molekülionen in ein Atomion und in ein neutrales Atom. Das
neutrale Atom entschlüpft sofort der Kammer; das Atomion wird, da es positiv geladen ist und die halbe
Masse des ursprünglichen Moleküls hat, in dem Eingrenzungsfeld eingefangen. Es wurde gefunden, daß
dieses Einführungsverfahren gewisse Nachteile hat. In das System werden nämlich durch den Kohlebogen
Verunreinigungen eingeführt, und es wird ferner nur die Hälfte der Teilchen in dem Strahl ausgenutzt.
Ferner ist ein Verfahren zum Einfangen geladener Teilchen in einer Magnetfeldanordnung bekannt, bei
dem ein relativ dichtes auf relativ niedriger Temperatur befindliches Plasma in eine Kammer entladen
wird. Zum Einfangen des Plasmas werden Teilchenzusammenstöße innerhalb des Eingrenzungsfeldes
oder Zusammenstöße des injizierten Plasmas mit
Verfahren zum Einfangen von geladenen
Teilchen in einer magnetischen Feldanordnung
Teilchen in einer magnetischen Feldanordnung
Anmelder:
General Dynamics Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. F. Weickmann,
Dr .-Ing. A. Weickmann
und Dipl.-Ing. H. Weickmann, Patentanwälte,
München 27, Möhlstr. 22
Als Erfinder benannt:
Donald William Kerst,
La Jolla, Calif. (V. St. A.)
Donald William Kerst,
La Jolla, Calif. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. Februar 1960 (9046)
dem Plasma, das sich bereits in dem Eingrenzungsfeld befindet, ausgenutzt. Ferner ist es bekannt, die
Injektion geladener Teilchen in ein Eingrenzungsfeld mittels einer innerhalb des Eingrenzungsfeldes angeordneten
Ionenquelle vorzunehmen. Dabei wird während der Injektion die Intensität des Eingrenzungsfeldes
geändert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren zur Einführung und zum Einfangen geladener
Teilchen in einer Magnetfeldanordnung anzugeben, das den Einfang mit bisher nicht erreichter Erfolgsrate durchzuführen gestattet.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Teilchen vor dem Eintritt in
die magnetische Feldanordnung einer Phasenbündelung unterworfen werden. Das Teilchenstrahlenbündel
wird gewissermaßen in Pakete unterteilt. Im Ergebnis führt dies dazu, daß sich die gewünschte hohe
Einfangsrate ergibt.
In Weiterbildung des Verfahrens werden gemäß der Erfindung zwei zueinander parallele Teilchenstrahlenbündel in die Feldanordnung eingeführt, von denen wenigstens ein Strahlenbündel der Phasen-
In Weiterbildung des Verfahrens werden gemäß der Erfindung zwei zueinander parallele Teilchenstrahlenbündel in die Feldanordnung eingeführt, von denen wenigstens ein Strahlenbündel der Phasen-
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bündelung unterworfen wird, und es wird die mittlere In der Ionenquelle 24 befindet sich ein Draht 28,
Geschwindigkeit der Teilchen* in dem einen Strahlen- der von einer Stromquelle 29 erhitzt wird, und eine
bündel größer als die mittlere Geschwindigkeit der Platte 30, die sich in Abstand von dem Draht 28 beTeilchen
in dem anderen Strahlenbündel gemacht. findet. Eine Spannungsquelle 26 ist einerseits an den
Auch ist gemäß der Erfindung vorgesehen, den 5 Draht 28 und andererseits an die Platte 30 ange-
Raum, der von der Feldanordnung umschlossen wird, schlossen und erzeugt einen Strom von Elektronen
mit Plasma zu füllen. zwischen diesen beiden Teilen. Die Elektronen treffen
Gemäß der Erfindung besteht das Strahlenbündel auf Gasatome, die von einer geeigneten Gasquelle
aus positiven Ionen, und diese Ionen werden vor dem 32 geliefert werden, beispielsweise von einer
Eintritt in den von der Feldanordnung umschlossenen io Deuteriumquelle. Die Gasquelle 32 steht mit dem
Raum durch eine Elektronenwolke geschickt. Innenraum der Ionenquelle 24 in Verbindung. Posi-
Ausführungsbeispiele für Vorrichtungen zur Durch- tive Ionen, die durch den Beschüß erzeugt werden,
führung des Verfahrens gemäß der Erfindung werden werden aus der Ionenquelle 24 durch eine negativ
an Hand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert. geladene rohrförmige Elektrode 34 herausgezogen,
F i g. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines 15 die in dem Beschleunigerteil nächst der Ionenquelle
Apparates zur Einführung und zum Einfangen von 24 angeordnet ist. Die Elektrode 34 ist mit dem
geladenen Teilchen in einem magnetischen Eingren- negativen Pol der Spannungsquelle 35 verbunden,
zungsfeld; Teile des Apparates sind weggebrochen, Die Ionen werden durch eine bekannte elektrosta-
um seine innere Konstruktion zu zeigen; tische Linse 36, die an eine geeignete Spannungs-
F i g. 2 zeigt eine vergrößerte Teilansicht im 20 quelle 37 angeschlossen ist, fokussiert. Die Linse 36
Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1; liegt axial längs des Beschleunigerteils 22. Rohrför-
F i g. 3 und 4 zeigen Schnittbilder anderer Teil- mige Beschleunigerelektroden 38 liegen in dem Be-
cheneinführungsvorrichtungen. schleunigerteil 22 zur Beschleunigung der Ionen. Sie
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Einführungsvorrich- sind an eine geeignete Spannungsquelle 39 ange-
tung 10, die es gestattet, Ionen höherer Energie in 25 schlossen.
eine gerade, zylindrische Kammer 12 einzuführen. Eine rohrförmige magnetische Abschirmung 40
Die Kammer 12 besteht aus einem Material guter liegt konzentrisch rings um den Beschleunigerteil 22.
Hitzestabilität und niedriger Atomzahl, beispielsweise Sie verhütet, daß das magnetische Eingrenzungsfeld
aus Keramik. Jedoch können auch andere Kammer- den Ionenstrahl in der Einführungsvorrichtung 10
formen, wie z. B. toroidförmige, achtförmige Kam- 30 beeinflußt,
mern, in Betracht gezogen werden. Um das Einfangen der Ionen nach der Lehre der
Die Kammer 12 wird von neutralem Gas und an- Erfindung möglich zu machen, wird der Ionenstrahl
deren verunreinigenden Stoffen durch eine mit ihr ver- in eine Anzahl diskreter Ionenbündel umgeordnet,
bundene geeignete Vakuumpumpe 14 gereinigt und Bei der Ausführungsform nach F i g. 2 erfolgt die
evakuiert. Die Vakuumpumpe 14 soll eine hin- 35 Umordnung des Ionenstrahls in diskrete Bündel
reichende Kapazität haben, um die Dichte des neu- durch Geschwindigkeistmodulation des Strahls mittralen
Gases in der Kammer 12 auf einem hinreichend tels eines Gitters 41, das auf dem Wege des Strahls
niedrigen Wert zu halten, um eine Neutralisierung zwischen der Linse 36 und der Beschleunigeranode
der elektrisch geladenen Teilchen hoher Energie, die 38 angeordnet ist. Das Gitter 41 ist mit einer Spanin die Kammer 12 eingeführt werden, zu verhüten. 40 nungsquelle 42 verbunden, die die Spannung am
In F i g. 1 ist ein die Kammer 12 durchsetzendes Gitter 41 um einen Gleichspannungswert schwanken
magnetisches Eingrenzungsfeld erkennbar, das durch läßt, der etwa gleich der Spannung an der Linse 36
eine einzige Wendelspule 16 erzeugt wird. Die Spule ist. Wenn Ionen durch das Gitter 41 laufen, so
16 verläuft um die Kammerwandungen und erstreckt werden sie dementsprechend entweder beschleunigt
sich axial zur Kammer 12. Die Enden der Kammer 45 oder verzögert, je nach der Phase der Wechselspan-
12 tragen eine größere Anzahl von Windungen zur nung am Gitter 41. Wenn der geschwindigkeitsmodu-
Erzeugung von sogenannten Spiegelmagnetfeldern. lierte Strahl durch das Beschleunigerrohr 22 läuft, so
Die Spule 16 ist über einen Schalter 18 mit einer überholen die Ionen höherer Geschwindigkeit die
geeigneten Gleichstromquelle 20 verbunden. Es kön- Ionen niedrigerer Geschwindigkeit, die das Gitter 41
nen auch andere bekannte Maßnahmen benutzt wer- 50 zu einem früheren Zeitpunkt verlassen haben. Dies
den, um das Eingrenzungsfeld zu erzeugen, z. B. eine führt zu einer Bündelung der Ionen, d. h. eine
oder mehrere toroidale Magnetspulen, die längs der Gruppe einer großen Anzahl von Ionen hoher Ener-
Kammer angeordnet sind, und konzentrisch rohr- gie folgt eine Gruppe von Ionen geringerer Energie
förmige Leiter. " und geringerer Anzahl.
Die Einführungsvorrichtung 10 ist mit der Seiten- 55 Nach dieser Umordnung des Strahls tritt er in die
wand der Kammer 12 verbunden und erstreckt sich Kammer 12 ein. Dort gerät er in einen ungeordneten
etwa tangential zu einem Kreis, dessen Radius etwas Zustand und wird in folgender Weise eingefangen,
kleiner als der der Kammer 12 ist. Die Einführungs- Wenn der Strahl in das magnetische Feld eintritt, das
vorrichtung 10 liegt ferner unter einem kleinen sich innerhalb der Kammer 12 befindet, so werden
Winkel zur Längsabmessung der Kammer 12, so daß 60 die Ionen in der Front eines jeden Bündels von Ionen
die in die Kammer 12 eingeschlossenen Teilchen hoher Energie beschleunigt, und zwar wegen der
sich in Längsrichtung der Kammer 12 bewegen. Raumladung, die zwischen den vorderen Ionen und
Die Einführungsvorrichtung 10 nach F i g. 2 ist ein dem Rest der Ionen innerhalb des Bündels besteht,
üblicher Cockcraft-Walton-Beschleuniger. Sie weist Die Ionen auf der Rückseite des Bündels werden
einen rohrförmigen Beschleunigerteil 22, der sich von 65 verzögert, da die Raumladung diese Ionen in eine
der Kammer 12 aus erstreckt, und eine Ionenquelle Richtung entgegengesetzt zu ihrer Bewegungsrich-
24 auf, die mit dem äußeren Ende des Beschleu- rung zurückstößt. Die Ionen in dem Bündel werden
nigerteils 22 verbunden ist. " überdies veranlaßt, durch gegenseitige Rückstoßung
ihre Richtung zu ändern, so daß sich das Bündel ausbreitet. Nur die Ionen in der Mitte des Bündels
behalten ihre Energie. Da die Geschwindigkeiten der Mehrzahl der Ionen in jedem Bündel auf diese Weise
geändert werden, werden auch die Bewegungsbahnen der Ionen innerhalb des Eingrenzungsmagnetfelds
hierdurch geändert. Natürlich wird von einer Anzahl Ionen die Geschwindigkeit und damit ihre Bewegungsbahn
derart geändert, daß sie die Wand der Kammer 12 oder die Teile am inneren Ende der Einführungsvorrichtung
10 berühren bzw. daran anstoßen. Jedoch wird ein großer Anteil der Ionen in dem Eingrenzungsfeld eingefangen. Die fortgesetzte
Entordnung der Bündelteilchen innerhalb der Kammer 12 stellt sicher, daß das Bündel nicht wieder
eine hinreichende Dichte erreichen kann, um Teilchen auf Bahnen abzulenken, die aus der Kammer
12 herausführen.
Es ist zu bemerken, daß die Anzahl der Ionen, die in der Kammer 12 eingefangen werden können, begrenzt
ist. Wenn die Dichte der eingegrenzten Ionen anwächst, werden mehr Ionen aus der Kammer herausgestreut.
Schließlich wird eine Gleichgewichtsdichte der eingegrenzten Ionen erreicht. Die Gleichgewichtsdichte
ist dann gegeben, wenn der Anteil herausgestreuter Ionen gleich ist dem Anteil neu eingefangener
Ionen.
Ein Deuteronenstrahl von 100 Milliampere, der in die Vakuumkammer 12 mit einer Energie von
200 kV eingeführt wird, erzeugt etwas mehr als 109 Teilchen pro Kubikzentimeter in einem Strahl
von 1 cm2. Wird dieser Strahl einer Geschwindigkeitsmodulation unterworfen, derart, daß er in 2 cm
lange Bündel von Ionen hoher Energie mit 8 cm Abstand zwischen den Bündeln umgeordnet wird, so ist
das elektrische Feld am Rand eines jeden Bündels etwa 2000 V pro Zentimeter. Bei 10 cm Bahnlänge
der Teilchen in dem magnetischen Feld werden die Teilchen an der Vorderseite eines jeden Bündels um
20 kV beschleunigt und die Teilchen an der Rückseite eines jedem Bündels um 20 kV verzögert. Zusätzlich
werden die Teilchen an den Seiten des Bündels veranlaßt, ihre Richtung zu ändern oder sich um
etwa 3° bei 10 cm Bahnlänge auszubreiten. Dies reicht aus, um eine große Anzahl von Teilchen in
dem eingeführten Strahl auf solchen Bahnen zu führen, daß die Teilchen in dem Eingrenzungsfeld
der Kammer bleiben.
Eine andere Ausführungsform einer Einführungsvorrichtung ist in F i g. 3 dargestellt. Bauteile der
Ausführung nach Fig. 3, die Bauteilen nach Fig. 1 entsprechen, weisen die gleichen Bezugszeichen, ergänzt
mit dem Index a, auf. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 werden zwei Strahlen geladener
Teilchen mit verschiedener mittlerer Geschwindigkeit in die Kammer 12 a eingeführt. Bevor die Teilchen
in die Kammer 12 a eintreten, wird wenigstens einer der Strahlen geschwindigkeitsmoduliert. Wegen der
Wechselwirkung zwischen den Strahlen innerhalb des Eingrenzungsfeldes verringert ein großer Anteil der
Teilchen seine Energie und wird daher in dem Eingrenzungsfeld eingefangen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird ein erster Elektronenstrahl von einer Elektronenquelle
43 geliefert, die an eine Spannungsquelle 44 angeschlossen ist. Der Strahl wird durch ein Gitter 45 geschwindigkeitsmoduliert,
das mit einer Spannungsquelle 46 sich ändernder positiver Spannung ver bunden ist. Der Strahl wird durch rohrförmige Beschleunigerelektroden
48, 50 und 52 beschleunigt. Diese Elektroden sind mit einer Spannungsquelle 53 verbunden und nacheinander längs des Beschleunigungsteils22a
angeordnet. Zwischen den Beschleunigerelektroden 48 und 50 liegt eine zweite Elektronenquelle
54, die einen Elektronenstrahl liefert, der eine etwas niedrigere mittlere Geschwindigkeit
als der erste Strahl hat. Die Elektronenquelle 54 ist
ίο mit einer Spannungquelle 55 verbunden. Ein Gitter
56 zur Geschwindigkeitsmodulation des langsameren Strahls liegt auf dem Weg des Strahls. Das Gitter
56 ist mit einer Spannungsquelle 57 sich verändernder positiver Spannung verbunden.
Wenn der Strahl sich längs des Beschleunigerteils 22 a bewegt, werden die Elektronen in dem Strahl
in diskrete Bündel umgeordnet. Da die Strahlen nebeneinander verlaufen, so versuchen die Elektronenbündel
niedriger Geschwindigkeit in dem schnellen Strahl in Nachbarschaft zu den Elektronenbündeln
hoher Geschwindigkeit in dem langsamen Strahl zu laufen, und zwar wegen der höheren Raumladungabstoßung
zwischen den Elektronenbündeln höherer Geschwindigkeit in dem schnellen Strahl und
den Elektronenbündeln höherer Geschwindigkeit in dem langsamen Strahl. Da die in Wechselwirkung
stehenden Strahlen unterschiedliche mittlere Geschwindigkeiten haben, werden demgemäß die Elektronen
im langsamen Strahl beschleunigt, und die Elektronen im schnellen Strahl werden verzögert. Die
Wechselwirkung zwischen den Strahlen verstärkt auch die Bündelung, d. h. vermindert die Länge der
Bündel von Elektronen hoher Geschwindigkeit und erhöht demgemäß die Dichte der Elektronen in jedem
Bündel. Dies führt zu einem Anwachsen der Raumladung innerhalb der Bündel.
Nachdem die Bünel in das magnetische Eingrenzungsfeld
eingetreten sind, führen weitere Energieänderungen der Elektronen auf Grund der Wechselwirkung
zwischen den Strahlen zur Änderung der Elektronenbahnen. Dadurch wird weiterhin ein Einfangen
eines wesentlichen Anteils der Elektronen gefördert. Zusätzlich ändert die Raumladungsabstoßung
innerhalb der Bündel die Energie der Elektronen, wenn die Bündel durch das Eingrenzungsfeld
laufen.
Die besten Resultate werden erzielt, wenn beide Strahlen geschwindigkeitsmoduliert werden. Es genügt
indessen, wenn nur ein Strahl geschwindigkeitsmoduliert wird, da die Anfangsbündelung des einen
Strahls etwas durch Anwendung eines kontinuierlichen Elektrpnenstroms in dem zweiten Strahl verstärkt
wird.
Die Verstärkung der Bündelung, die durch die Wechselwirkung der Strahlen erzeugt wird, und daher die Energieänderungen der Elektronen in den Strahlen hängen von der Anfangsgeschwindigkeitsmodulation des Strahls, von der Stromdichte der Strahlen, der mittleren Geschwindigkeit der Strahlen und dem Abstand der Strahlen auf ihrer Bahn ab. Die Verstärkung wird zu einem Maximum, wenn der Unterschied zwischen den mittleren Geschwindigkeiten der Strahlen klein ist; die Verstärkung nimmt ab, wenn dieser Unterschied anwächst. In ähnlicher Weise wird die Verstärkung optimal bei einer gewissen Frequenz der Geschwindigkeitsmodulation. Sie nimmt ab, wenn die Frequenz von dieser optimalen Frequenz nach oben oder unten abweicht.
Die Verstärkung der Bündelung, die durch die Wechselwirkung der Strahlen erzeugt wird, und daher die Energieänderungen der Elektronen in den Strahlen hängen von der Anfangsgeschwindigkeitsmodulation des Strahls, von der Stromdichte der Strahlen, der mittleren Geschwindigkeit der Strahlen und dem Abstand der Strahlen auf ihrer Bahn ab. Die Verstärkung wird zu einem Maximum, wenn der Unterschied zwischen den mittleren Geschwindigkeiten der Strahlen klein ist; die Verstärkung nimmt ab, wenn dieser Unterschied anwächst. In ähnlicher Weise wird die Verstärkung optimal bei einer gewissen Frequenz der Geschwindigkeitsmodulation. Sie nimmt ab, wenn die Frequenz von dieser optimalen Frequenz nach oben oder unten abweicht.
Jedoch kann die Frequenz wesentlich geändert werden, ohne daß die Verstärkung entscheidend beeinflußt
wird. Innerhalb gewisser Grenzen steigt die Verstärkung mit dem Abstand zwischen den in
Wechselwirkung tretenden Strahlen an.
Wenn die Kammer 12 ein Plasma enthält, also ein heißes Gas aus freien Ionen und Elektronen, so kann
das Plasma selbst als einer der Strahlen verwendet werden; der andere Strahl wird in einer der in den
F i g. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen erzeugt. Hat der Strahl eine geeignete Geschwindigkeit und
eme geeignete Stromstärke, und wird er in die Kammer eingeführt, so veranlassen die Bündel energiereicher
Ionen, die durch das Plasma laufen, daß die Plasmaionen oszillieren und gebündelt werden. Die
Plasmaoszillationen treten auf, da die Bündel geladener Ionen die Ionen in dem Plasma zurückstoßen;
daher versuchen Ionen innerhalb des Plasmas, sich in den Räumen zwischen den eingeschossenen
Ionenbündeln ihrerseits zu bündeln. Die Plasmaoszillationen wirken ihrerseits auf die Ionenbündel
des eingeschossenen Strahls zurück und verstärken dadurch die Bündelung, d. h., es erfolgt eine
Verminderung der Bündellänge und ein Anwachsen der Ionendichte in jedem Bündel. Dementsprechend
werden die Ionenbahnen geändert, und zwar wegen der Raumladungsabstoßung innerhalb eines jeden
Bündels und· wegen des Energieverlustes der Ionen in dem Strahl beim Aufbau der Plasmaoszillationen.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines neutralen Plasmas, das in eine Kammer eingeführt
und dort eingefangen werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird ein Strahl gebündelter positiver
Ionen dadurch neutralisiert, daß er durch eine Elektronenwolke läuft. Die Elektronenwolke wird von
einer Elektronenquelle geliefert, beispielsweise einem Draht oder einem Netz 58, das an eine Spannungsquelle 60 angeschlossen ist. Der Draht oder das Netz
liegen am Ende des Beschleunigerteils 22 & in der Bahn des Strahls. In der Kammer 12 b wird zunächst
ein Eingrenzungsplasma durch geeignete Mittel erzeugt.
Wenn der gebündelte Strahl aus neutralen Plasmas in die Kammer 12 b eintritt, stoßen die Ionen in dem
Strahl die Ionen in dem stationären Plasma zurück, und die Elektronen in dem Strahl stoßen die Elektronen
in dem Plasma zurück, wodurch Plasmaoszillationen in der Kammer aufgebaut werden. Der Aufbau
solcher Oszillationen ändert die Energie der Ionen in dem neutralen Plasma und damit die Bahnwege
der Ionen und Elektronen in dem neutralen Plasma.
Um optimale Resultate zu erhalten, wird der Strahl bevorzugt geschwindigkeitsmoduliert.
Es ist hier zu bemerken, daß die Länge der Bündel, die Geschwindigkeiten der Teilchen und die
Teilchenstromstärken bei den beschriebenen Einführungsvorrichtungen in Beziehung zu den Partikeldichten in den in Wechselwirkung befindlichen Plasmen
oder Strahlen stehen. Wenn auch diese Größen in der Regel keine kritischen Werte haben, so können
ίο doch optimale Resultate durch geeignete Bemessung dieser Größen erzielt werden.
Claims (5)
1. Verfahren zum Einfangen von geladenen Teilchen in einer magnetischen Feldanordnung,
insbesondere Spiegelfeldanordnung, unter Ausnutzung von durch die Ladung der Teilchen bedingten
elektrischen Kräfte, bei dem die geladenen Teilchen von außerhalb in die Feldanordnung
hineingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen vor dem Eintritt in
die magnetische Feldanordnung einer Phasenbündelung unterworfen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchenstrahlenbündel
einer Geschwindigkeitsmodulation unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander parallele
Teilchenstrahlenbündel in die Feldanordnung eingeführt werden, von denen wenigstens ein Strahlenbündel
einer Phasenbündelung unterworfen wird, und daß die mittlere Geschwindigkeit der
Teilchen in dem einen Strahlenbündel größer als die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen in dem
anderen Strahlenbündel ist.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der von der Feldanordnung umschlossene Raum mit Plasma gefüllt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das einzuführende Strahlenbündel
aus positiven Ionen besteht und daß die Ionen vor dem Eintritt in den von der Feldanordnung
umschlossenen Raum durch eine Elektronenwolke geschickt werden.
In Betracht gezogene Druckschriften:
»Procedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1958, Vol. 32, S. 245 bis 265, 273 und 274.
»Procedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1958, Vol. 32, S. 245 bis 265, 273 und 274.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US9046A US3274435A (en) | 1960-02-16 | 1960-02-16 | Method of injecting and trapping particles in a static magnetic confining field by bunching particles in a beam |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1213543B true DE1213543B (de) | 1966-03-31 |
Family
ID=21735273
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEG31613A Pending DE1213543B (de) | 1960-02-16 | 1961-02-16 | Verfahren zum Einfangen von geladenen Teilchen in einer magnetischen Feldanordnung |
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DE (1) | DE1213543B (de) |
GB (1) | GB932802A (de) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4390495A (en) * | 1981-01-19 | 1983-06-28 | Energy Profiles, Inc. | Control of colliding ion beams |
US4650631A (en) * | 1984-05-14 | 1987-03-17 | The University Of Iowa Research Foundation | Injection, containment and heating device for fusion plasmas |
GB2180987A (en) * | 1985-07-04 | 1987-04-08 | Devendra Nath Sharma | High intensity production beam |
US5118950A (en) * | 1989-12-29 | 1992-06-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Cluster ion synthesis and confinement in hybrid ion trap arrays |
US5930313A (en) * | 1991-12-03 | 1999-07-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and apparatus for transporting an intense ion beam |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2469964A (en) * | 1941-05-03 | 1949-05-10 | Bell Telephone Labor Inc | Electron discharge apparatus |
US2395647A (en) * | 1941-08-14 | 1946-02-26 | Howard M Strobel | Group impulsed high-frequency generator |
US2789221A (en) * | 1954-04-20 | 1957-04-16 | Cornelius A Tobias | Method and apparatus for nuclear particle acceleration |
US2764707A (en) * | 1955-07-22 | 1956-09-25 | Richard B Crawford | Ion source |
US2883580A (en) * | 1956-07-13 | 1959-04-21 | Wallace D Kilpatrick | Pulsed ion source |
US2839706A (en) * | 1956-07-16 | 1958-06-17 | Carl E Anderson | Pulsed ion source |
US2874326A (en) * | 1957-06-05 | 1959-02-17 | Nicholas C Christofilos | Linear accelerator |
US2945972A (en) * | 1959-09-03 | 1960-07-19 | Clarence W Blue | Ion source |
US3069344A (en) * | 1961-08-09 | 1962-12-18 | Richard F Post | Apparatus for the densification and energization of charged particles |
-
1960
- 1960-02-16 US US9046A patent/US3274435A/en not_active Expired - Lifetime
-
1961
- 1961-02-10 GB GB5143/61A patent/GB932802A/en not_active Expired
- 1961-02-16 DE DEG31613A patent/DE1213543B/de active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
None * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3274435A (en) | 1966-09-20 |
GB932802A (en) | 1963-07-31 |
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