RU231590U1 - Камера с инерциальным удержанием ионов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для генерации непрерывного нейтронного потока. Камера инерциального электростатического удержания плазмы представляет собой отпаянный электровакуумный прибор и содержит сферический анод и сферический сетчатый катод, расположенный концентрически внутри анода, закрепленный на высоковольтном вводе, выполненном в виде стержня. Катод отделен от анода цилиндрическим изолятором, герметично присоединенным к аноду и высоковольтному вводу. Кроме того, камера содержит хранилище рабочего газа, расположенное внутри сферического анода. Сферический сетчатый катод состоит из восьми полуколец, двух конусных колец, центрального кольца и двух втулок, одна из которых присоединяется к высоковольтному вводу, дополнительно отличающаяся наличием восьми источников ионов Пенинга. Источники ионов расположены равномерно по окружности на поверхности сферического анода, симметрично относительно центра анода и сетчатого катода таким образом, чтобы оси всех источников ионов Пенинга проходили через центры промежутков между полукольцами сетчатого катода, конусными кольцами сетчатого катода и центральным кольцом сетчатого катода. Причем на каждый из источников ионов Пенинга установлен кольцевой постоянный магнит. Техническим результатом является повышение нейтронного выхода при повышении эффективности генерации нейтронов. 3 ил., 1 табл.

Description

Полезная модель относится к плазменной технике, к устройствам для генерации нейтронов, в частности к генераторам непрерывного нейтронного потока и устройствам на базе инерциального электростатического удержания плазмы (ИЭУП) с использованием ионных источников, и может быть использована для проведения ядерно-физических исследований, изучения радиационной стойкости, например, электронной аппаратуры, калибровки детекторов ионизирующих излучений и т. п.

Известен плазменный источник нейтронов, представляющий собой установку для термоядерного синтеза с инерциальным электростатическим удержанием, имеющую внутренний источник ионов, которая содержит анод, катод, высоковольтный вводной опорный стержень, соединенный с катодом, внутренний источник ионов, вакуумную систему и высоковольтную систему. В установке используется технология внутреннего источника ионов, одновременно установлено устройство для изменения траектории движения ионов, и для изменения траектории колебаний ионов используется возмущающее электрическое или магнитное поле, так что период колебаний ионов в установке с инерционным электростатическим удержанием увеличивается, тем самым улучшая выход нейтронов и соотношение вкладываемой энергии и потерь. Так называемый внутренний источник ионов означает, что анодный потенциал источника ионов ниже анодного потенциала установки инерциального электростатического удержания, и источник ионов не обязательно расположен в аноде установки инерциального электростатического удержания. Для повышения вероятности столкновения может использоваться несколько внутренних источников ионов. Кроме того, для уменьшения потерь на ионизацию ионов, движущихся в установке инерциального электростатического удержания, степень разрежения в вакуумной полости должна быть как можно выше и должна превышать 10^-3 Па. Реакция термоядерного синтеза в основном происходит вблизи катода установки инерциального электростатического удержания, в которой ток пучка, вводимый источником ионов, колеблется взад-вперед. Колеблющиеся взад-вперед ионы сталкиваются, если вместо ядерной реакции происходит рассеяние под большим углом, рассеянные ионы могут быть ограничены установкой для инерциального электростатического удержания, так что ионы снова попадают в сферическую сетку катода и снова участвуют в ядерном синтезе. В соответствии с моментом импульса инжекции ионов источником ионов и типом устройства для изменения траектории движения ионов, возмущающее электрическое или магнитное поле может располагаться в симметричном положении или слегка отклоненном симметричном положении на внутреннем источнике ионов относительно центра катода установки для термоядерного синтеза с инерционным электростатическим удержанием с функцией изменения момента импульса тока инжектируемого пучка относительно центра установки для инерциального электростатического удержания, таким образом предотвращая столкновение возвращаемых ионов с внутренним источником ионов или возврат к аноду источника ионов. Инжектируемые ионы могут быть изменены с нулевого углового момента на ненулевой угловой момент путем возмущения или изменены с ненулевого углового момента на нулевой угловой момент путем возмущения. Конечно, угловые моменты до и после возмущения могут быть ненулевыми (опубликованная заявка США № US 2022/0254520 A1, МПК G21B 1/03, G21B 1/05, 11.08.2022).

Недостатками данного источника является сложная схема питания ионных источников, обусловленная использованием дуоплазматрона, сложность конструкции из-за необходимости изменения траектории движения инжектированных ионов, а также необходимость прокачки рабочего газа через камеру, что требует наличия дополнительного газового оборудования.

В качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих признаков принята газонаполненная нейтронная трубка с инерциальным удержанием ионов, содержащая первый цилиндрический изоляционный корпус, выполненный из диэлектрического материала, герметично присоединенный к его торцу первый полый торцевой электрод со сквозным отверстием, первый источник ионов Пенинга, герметично присоединенный к первому полому торцевому электроду с противоположной стороны относительно первого цилиндрического изоляционного корпуса, первый кольцевой постоянный магнит, установленный на первый источник ионов Пенинга соосно с ним и вплотную к первому полому торцевому электроду, хранилище рабочего газа, расположенное внутри первого источника ионов Пенинга, второй цилиндрический изоляционный корпус, выполненный из диэлектрического материала, второй полый торцевой электрод со сквозным отверстием, герметично присоединенный к торцу второго цилиндрического изоляционного корпуса, второй источник ионов Пенинга, герметично присоединенный ко второму полому торцевому электроду с противоположной стороны относительно второго цилиндрического изоляционного корпуса, второй кольцевой постоянный магнит, установленный на второй источник ионов Пенинга соосно с ним и вплотную ко второму полому торцевому электроду, дополнительно содержащая полый ускоряющий электрод, герметично присоединенный к торцам цилиндрических изоляционных корпусов с противоположных сторон относительно полых торцевых электродов; цилиндрические изоляционные корпуса имеют одинаковую геометрию; полые торцевые электроды имеют одинаковую геометрию; сквозные отверстия имеют одинаковую геометрию; источники ионов Пенинга имеют одинаковую геометрию, за исключением того, что хранилище рабочего газа, расположенное внутри первого источника ионов Пенинга; кольцевые постоянные магниты имеют одинаковую геометрию; цилиндрические изоляционные корпуса, полый ускоряющий и полые торцевые электроды, отверстия, источники ионов Пенинга и кольцевые постоянные магниты расположены соосно; цилиндрические изоляционные корпуса, полые торцевые электроды, отверстия, источники ионов Пенинга и кольцевые постоянные магниты расположены симметрично относительно полого ускоряющего электрода; полый ускоряющий и полые торцевые электроды являются фигурами вращения вокруг центральной оси газонаполненной нейтронной трубки и имеют полости вблизи оси; полый ускоряющий электрод симметричен относительно его центра (Патент РФ на полезную модель № 193507, МПК H05H 6/00, G21G 4/00, 31.10.2019).

Недостатками прототипа являются малый нейтронный выход и малая эффективность генерации нейтронов.

Это происходит вследствие использования всего двух источников ионов Пенинга.

Техническим результатом предлагаемого устройства являются повышение нейтронного выхода и повышение эффективности генерации нейтронов, определяемой, как количество нейтронов, излученных устройством, на единицу вкладываемой мощности.

Технический результат достигается тем, что камера с инерциальным удержанием ионов, имеющая герметичную конструкцию, содержащая хранилище рабочего газа, первый источник ионов Пенинга, первый кольцевой постоянный магнит, установленный на первый источник ионов Пенинга соосно с ним; второй источник ионов Пенинга, второй кольцевой постоянный магнит, установленный на второй источник ионов Пенинга соосно с ним; источники ионов Пенинга имеют одинаковую геометрию, кольцевые постоянные магниты имеют одинаковую геометрию; хранилище рабочего газа расположено внутри сферического анода; сферический сетчатый катод расположен концентрически внутри сферического анода, сферический сетчатый катод закреплен на высоковольтном вводе, выполненном в виде стержня, соосно с ним; при этом высоковольтный ввод отделен от сферического анода цилиндрическим изолятором, присоединенным к сферическому аноду и высоковольтному вводу; цилиндрический изолятор расположен соосно с высоковольтным вводом; сферический сетчатый катод состоит из восьми полуколец, двух конусных колец, центрального кольца и двух втулок, восемь полуколец расположены равномерно по окружности и присоединены к втулкам и придают сетчатому катоду сферическую форму, втулки расположены симметрично относительно центра сферического сетчатого катода, одна из втулок присоединена к высоковольтному вводу; в середине между втулками сферического сетчатого катода в плоскости, перпендикулярной оси высоковольтного ввода, размещено центральное кольцо; между центральным кольцом и втулками на восьми полукольцах размещены два конусных кольца по одному с каждой стороны от центрального кольца, симметрично относительно центрального кольца; вершина конусной поверхности конусных колец находится в центре сферического сетчатого катода; дополнительно устройство содержит шесть источников ионов Пенинга; все восемь источников ионов Пенинга имеют одинаковую геометрию; на каждый из источников ионов Пенинга соосно с ним установлен кольцевой постоянный магнит, все восемь кольцевых постоянных магнитов имеют одинаковую геометрию; в сферическом аноде сделаны восемь отверстий в местах присоединения источников ионов Пенинга; источники ионов Пенинга расположены на поверхности сферического анода так, что их оси проходят через центр сферического сетчатого катода; источники ионов Пенинга расположены равномерно с разных сторон сферического анода так, что их оси проходят через центры промежутков между полукольцами сетчатого катода, конусными кольцами сетчатого катода и центральным кольцом сетчатого катода.

На фиг. 1 представлена схема камеры инерциального электростатического удержания плазмы.

На фиг. 2 представлен вид на камеру сверху, кольцевые постоянные магниты показаны в разрезе.

В таблице и на фиг. 3 представлены результаты испытаний прототипа и полезной модели.

Принятые обозначения:

1 - сферический анод;

2 - сферический сетчатый катод;

3 - высоковольтный ввод;

4 - цилиндрический изолятор;

5 - источники ионов Пенинга;

6 - кольцевые постоянные магниты;

7 - отверстия в аноде;

8 - хранилище рабочего газа;

9 - полукольца сетчатого катода 2;

10 - конусные кольца сетчатого катода 2;

11 - центральное кольцо сетчатого катода 2;

12 - втулки сетчатого катода 2.

Камера с инерциальным удержанием ионов обычно имеет герметичную конструкцию.

Устройство содержит (фиг. 1, 2) хранилище рабочего газа 8, первый источник ионов Пенинга 5, первый кольцевой постоянный магнит 6, установленный на первый источник ионов Пенинга 5 соосно с ним; второй источник ионов Пенинга 5, второй кольцевой постоянный магнит 6, установленный на второй источник ионов Пенинга 5 соосно с ним; источники ионов Пенинга 5 имеют одинаковую геометрию, кольцевые постоянные магниты 6 имеют одинаковую геометрию; хранилище рабочего газа 8 расположено внутри сферического анода 1; сферический сетчатый катод 2 расположен концентрически внутри сферического анода 1, сферический сетчатый катод 2 закреплен на высоковольтном вводе 3, выполненном в виде стержня, соосно с ним; при этом высоковольтный ввод 3 отделен от сферического анода 1 цилиндрическим изолятором 4, присоединенным к сферическому аноду 1 и высоковольтному вводу 3 соосно с высоковольтным вводом 3; сферический сетчатый катод 2 состоит из восьми полуколец 9, двух конусных колец 10, центрального кольца 11 и двух втулок 12, восемь полуколец 9 расположены равномерно по окружности и присоединены к втулкам 12 и придают сетчатому катоду 2 сферическую форму, втулки 12 расположены симметрично относительно центра сферического сетчатого катода 2, одна из втулок 12 присоединена к высоковольтному вводу 3; в середине между втулками 12 сферического сетчатого катода 2 в плоскости, перпендикулярной оси высоковольтного ввода 3, размещено центральное кольцо 11; между центральным кольцом 11 и втулками 12 на восьми полукольцах 9 размещены два конусных кольца 10 по одному с каждой стороны от центрального кольца 11, симметрично относительно центрального кольца 11; вершина конусной поверхности конусных колец 10 находится в центре сферического сетчатого катода 2; дополнительно устройство содержит шесть источников ионов Пенинга 5; все восемь источников ионов Пенинга 5 имеют одинаковую геометрию; на каждый из источников ионов Пенинга 5 соосно с ним установлен кольцевой постоянный магнит 6, все восемь кольцевых постоянных магнитов 6 имеют одинаковую геометрию; в сферическом аноде 1 сделаны восемь отверстий 7 в местах присоединения источников ионов Пенинга 5; источники ионов Пенинга 5 расположены на поверхности сферического анода 1 так, что их оси проходят через центр сферического сетчатого катода 2; источники ионов Пенинга 5 расположены равномерно с разных сторон сферического анода 1 так, что их оси проходят через центры промежутков между полукольцами 9 сетчатого катода 2, конусными кольцами 10 сетчатого катода 2 и центральным кольцом 11 сетчатого катода 2.

Устройство представляет собой герметичный отпаянный электровакуумный прибор.

Анод 1 имеет сферическую форму. В аноде 1 сделаны восемь одинаковых отверстий 7 произвольной формы и размера в местах герметичного присоединения восьми источников ионов Пенинга 5, каждое соосно с соответствующим источником ионов Пенинга 5. Сетчатый катод 2 устройства имеет сферическую форму, расположен концентрически с анодом 1 и состоит из восьми полуколец 9, двух конусных колец 10, центрального кольца 11 и двух втулок 12. Восемь полуколец 9 расположены равномерно вокруг втулок 12 и придают сетчатому катоду 2 сферическую форму, которая необходима для создания внутри анода 1 электрического поля сферической конфигурации и ускорения ионов, вылетающих из источников ионов Пенинга 5 через отверстия 7. Для фиксации положения полуколец 9 в середине сферического сетчатого катода 2 размещено центральное кольцо 11. Для создания более равномерного распределения электрического потенциала вокруг сферического сетчатого катода 2 на восьми полукольцах 9 в промежутках между центральным кольцом 11 и каждой из двух втулок 12 дополнительно размещены по одному конусному кольцу 10 (всего два с двух сторон центрального кольца 11). Конусные кольца 10 имеют конусную геометрию для обеспечения удобства сборки и фиксации их положения относительно восьми полуколец 9, центрального кольца 11 и втулок 12.

Расположение конусных колец 10 относительно центрального кольца 11 и втулок 12 выбирается исходя из расположения источников ионов Пенинга 5 и может варьироваться. Одна из втулок 12 сетчатого катода 2 соединена с высоковольтным вводом 3, который герметично соединен с анодом 1 через цилиндрический изолятор 4. Расстояние между анодом 1 и сетчатым катодом 2 определяется рабочим напряжением и может быть различным. Разделяющий высоковольтный ввод 3 и анод 1 цилиндрический изолятор 4 выполнен из диэлектрического материала. Обычно для обеспечения электропрочности места контактов анода 1 и высоковольтного ввода 3 с цилиндрическим изолятором 4 минимизируют, учитывая только необходимость обеспечения герметичности их соединения. Расстояние между анодом 1 и высоковольтным вводом 3 выбирается достаточным для выдерживания напряжения, прикладываемого между данными электродами. Например, в использованной авторами конструкции анод 1 имел диаметр ∅120 мм, диаметр сетчатого катода 2 составлял ∅60 мм, длина цилиндрического изолятора 4 составляла 100 мм.

Для обеспечения работоспособности данного устройства необходимо, чтобы источники ионов Пенинга 5 располагались симметрично относительно центра анода 1, при этом оси всех источников ионов Пенинга 5 проходили через центры промежутков между полукольцами 9 сетчатого катода 2, конусными кольцами 10 сетчатого катода 2 и центральным кольцом 11 сетчатого катода 2, и центр сетчатого катода. Возможно отклонение осей источников ионов Пенинга 5 от центров промежутков между полукольцами 9 сетчатого катода 2, конусными кольцами 10 сетчатого катода 2 и центральным кольцом 11 сетчатого катода 2, обусловленное допусками при изготовлении и сборке устройства, однако такие отклонения приводят к снижению эффективности работы устройства и снижению выхода нейтронов. Обычно, для получения хороших рабочих характеристик устройства геометрия промежутков между полукольцами 9 сетчатого катода 2, конусными кольцами 10 сетчатого катода 2 и центральным кольцом 11 сетчатого катода 2 выбирается такой, чтобы размеры полостей в них были достаточны для беспрепятственного прохождения ионов из источника ионов Пенинга 5 и обеспечения их колебательного движения. Габаритные размеры анода 1, сетчатого катода 2 и цилиндрического изолятора 4 могут отличаться.

Устройство работает следующим образом.

Рабочий газ (тяжелые изотопы водорода: дейтерий, тритий или их смесь) содержится в хранилище рабочего газа 8 (в газогенераторе). Выделение рабочего газа во внутренний объем устройства происходит в результате термодесорбции при протекании электрического тока через хранилище рабочего газа 8. Ионы в источниках ионов 5 Пенинга образуются при горении газового разряда в скрещенных электрических и магнитных полях. Для создания аксиального магнитного поля в источниках ионов Пенинга 5 используются кольцевые постоянные магниты 6, установленные на источники ионов Пенинга 5 соосно им и вплотную к аноду 1. Источники ионов Пенинга 5 герметично присоединены к аноду 1, в котором сделаны отверстия 7 произвольной формы и размера. Ионы из источников ионов Пенинга 5 через отверстия 7 попадают внутрь анода 1. Сферический сетчатый катод 2, состоит из восьми полуколец 9, двух конусных колец 10, центрального кольца 11 и двух втулок 12, одна из которых соединена с высоковольтным вводом 3. Высоковольтный ввод 3 герметически соединен с анодом 1 через цилиндрический изолятор 4. Сферический сетчатый катод 2 расположен концентрически внутри анода 1. На анод 1 и сферический сетчатый катод 2 подается разность потенциалов таким образом, чтобы на сферическом сетчатом катоде 2 потенциал был отрицательным относительно анода 1. Обычно анод 1 заземляется, а на сферический сетчатый катод 2 подается напряжение отрицательной полярности.

Величина подаваемого напряжения определяет нейтронный выход устройства и должна быть достаточна для осуществления ядерных реакций D(d,n)³He, T(t,2n)⁴He или T(d,n)⁴He. После подачи разности потенциалов на анод 1 и сферический сетчатый катод 2 в межэлектродном промежутке возникает электрическое поле. Электрическое поле ускоряет ионы, проходящие из источников ионов Пенинга 5 через отверстия 7, к центру сферического сетчатого катода 2. Проходя сквозь промежутки между полукольцами 9, конусными кольцами 10 и центральным кольцом 11, ускоренные ионы тормозятся электрическим полем вблизи анода 1, после чего ускоряются тем же электрическим полем в обратном направлении к центру сферического сетчатого катода 2, потом опять тормозятся вблизи анода 1, затем опять ускоряются и т. д. Таким образом, реализуется режим работы устройства с инерциальным электростатическим удержанием ионов, при котором, ионы совершают колебательные движения внутри анода 1 через сферический сетчатый катод 2. Генерация нейтронов осуществляется при протекании ядерных реакций D(d,n)³He или T(d,n)⁴He при взаимодействии колеблющихся ионов с газоплазменной мишенью, возникающей при работе устройства, а именно, с ядрами молекул или атомов заполняющего объем устройства рабочего газа или со встречно колеблющимися ионами. Объем устройства заполняется рабочим газом из хранилища рабочего газа 8. Тип реакции, в результате которой происходит генерация нейтронов, определяется типом рабочего газа, содержащегося в хранилище рабочего газа 8. Если хранилище рабочего газа 8 содержит дейтерий, то генерация нейтронов осуществляется при протекании реакции ядерного синтеза D(d,n)³He, если хранилище рабочего газа 8 содержит тритий, то генерация нейтронов осуществляется при протекании реакции ядерного синтеза T(t,2n)⁴He, если хранилище рабочего газа 8 содержит смесь дейтерия и трития, то генерация нейтронов осуществляется при протекании реакции ядерного синтеза T(d,n)⁴He. Так же в случае, когда хранилище рабочего газа 8 содержит смесь дейтерия и трития возможно протекание реакций D(d,n)³He и T(t,2n)⁴He в качестве побочных реакций, протекание данных реакций менее вероятно, поскольку сечения этих реакций существенно ниже сечения реакции T(d,n)⁴He в рассматриваемой области энергий взаимодействующих частиц (< 1 МэВ). Также в системе возможно протекание других побочных ядерных реакций, которые не приводят к генерации нейтронного излучения, данные реакции не рассматриваются, поскольку всегда присутствуют в устройствах, реализующих генерацию нейтронного излучения посредствам реакций ядерного синтеза, и не влияют на достижение технического результата.

В конструкции устройства используются источники ионов Пенинга 5 стандартной конструкции, аксиальное магнитное поле в которых создается кольцевыми постоянными магнитами 6, при этом допускается использование источников ионов Пенинга 5 и кольцевых постоянных магнитов 6 различных конфигураций, любой из известных конструкций. Например, в использованной авторами конструкции габаритные размеры источника ионов Пенинга 5 составляли ∅20×30 мм, а использованный кольцевой постоянный магнит 6 имел диаметр ∅26 мм.

Хранилище рабочего газа 8 является отдельным конструктивным элементом и располагается в произвольном месте внутри анода 1, обычно хранилище рабочего газа 8 отделяют от области горения газового разряда перегородкой или выделяют отдельную полость для его размещения. Размеры хранилища рабочего газа 8 могут варьироваться в зависимости от общего размера устройства и используемых технологий производства.

Размеры высоковольтного ввода 3 и цилиндрического изолятора 4 выбираются исходя из требований электропрочности конструкции так, чтобы высоковольтный ввод 3 и изолятор 4 выдерживали прикладываемое к устройству напряжение.

Размеры других составных частей камеры могут варьироваться в зависимости от требований к габаритным размерам устройства, вкладываемой мощности и требуемого выхода нейтронов. Обычно для обеспечения оптимального режима работы размеры элементов сферического сетчатого катода 2 подбираются для обеспечения максимальной прозрачности сетчатой структуры. Толщины восьми полуколец 9, центрального кольца 11, двух конусных колец 10 обычно меньше размеров промежутков между полукольцами 9.

Размеры втулок 12 выбираются достаточными для надежной фиксации полуколец 9.

Нейтронный выход рассматриваемого устройства, как и других систем подобного типа (как показано, например в работе И.А. Прокуратов, Б.Д. Лемешко, Ю.В. Михайлов, А.К. Дулатов Метод расчета выхода нейтронов систем на основе инерциального электростатического удержания плазмы // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2022, т. 45, вып. 1. DOI: 10.21517/0202-3822-2022-45-1-108-118) определяется интегральным соотношением

где Y - выход нейтронов;

n _t - концентрация атомов рабочего газа, выделенного из хранилища 8 во внутренний объем устройства;

n _i - концентрация инжектируемых из источников ионов Пенинга 5 ионов;

σ - сечение используемой реакции ядерного синтеза;

v _i - скорость ускоренных ионов, интегрирование ведется по всему объему V системы за время t приложения напряжения.

Использование восьми источников ионов Пенинга 5 позволяет обеспечить инжекцию большего количества ионов и получить более высокие значения концентрации n _i , что при прочих равных параметрах позволяет получать более высокие значения нейтронного выхода, то есть количества нейтронов, излучаемых устройством за время работы (в частности, за единицу времени), по сравнению, к примеру, с прототипом. Использование в конструкции устройства сетчатого катода 2 сферической геометрии, выполненного из восьми полуколец 9, центрального кольца 11, двух конусных полуколец 10 и двух втулок 12 позволяет разместить на аноде 1 восемь источников ионов Пенинга 5 с разных сторон относительно сферического сетчатого катода 2 и обеспечить высокую степень прозрачности его сетчатой структуры, то есть многократный пролет ионов через центральную часть устройства. Большее количество пролетов ионов через сферический сетчатый катод 2 приводит к более высоким значениям концентрации ускоренных ионов n _i при неизменном исходном количестве ионов, инжектируемых источниками ионов Пенинга 5, что приводит к более высокой эффективности генерации нейтронов устройством, по сравнению, например, с прототипом.

Результаты испытаний двух устройств со схожими характерными размерами, с одинаковой конструкцией использованных источников ионов Пенинга 5 и с одинаковыми кольцевыми постоянными магнитами 6, одного, аналогичного прототипу, второго, соответствующего предлагаемому устройству, приведены в таблице и на фиг. 3. В качестве характерного размера катода в прототипе взята длина полого ускоряющего электрода, в предлагаемом устройстве - диаметр сферического сетчатого катода 2. В качестве характерного размера анода 1 в прототипе взято расстояние между двумя полыми торцевыми электродами, в предлагаемом устройстве - диаметр анода 1. Ускоряющее напряжение имело отрицательную полярность и прикладывалось в прототипе к полому ускоряющему электроду, в предлагаемом устройстве к сферическому сетчатому катоду 2. В прототипе два полых торцевых электрода заземлялись, а в предлагаемом устройстве анод 1 заземлялся. По приведенным в таблице и на фиг. 3 результатам видно, что применение в предлагаемом варианте восьми источников ионов Пенинга 5 позволяет получать более чем в десять раз больший выход нейтронов по сравнению с прототипом при одинаковых значениях ускоряющего напряжения и тока на каждый из источников ионов Пенинга 5. При подаче на ускоряющий электрод прототипа ускоряющего напряжения менее 80 кВ достоверно зарегистрировать выход нейтронов не удалось из-за низких значений. Электрическая прочность используемых цилиндрических изоляционных корпусов прототипа не позволяла подавать ускоряющее напряжение свыше 90 кВ.

Эффективность генерации нейтронов, рассчитываемая как отношение выхода нейтронов к вкладываемой мощности

где ν - эффективность генерации нейтронов;

Y - выход нейтронов;

P - вкладываемая электрическая мощность;

I - суммарный ток источников ионов Пенинга 5, U - ускоряющее напряжение.

Для предлагаемого устройства эффективность генерации нейтронов составляет 1,98⋅10⁵ нейтр./Дж, что более чем в четыре раза превышает эффективность генерации нейтронов для прототипа (4,76⋅10⁴ нейтр./Дж).

Технический результат достигается за счет применения в конструкции камеры с инерциальным удержанием ионов восьми источников ионов Пенинга 5, расположеных равномерно по двум окружностям, перпендикулярным оси высоковольтного ввода 3 и симметричным относительно плоскости, проходящей через центр сферического анода 1 и сетчатого катода 2, на поверхности сферического анода 1 таким образом, чтобы оси всех источников ионов Пенинга 5 проходили через центры промежутков между полукольцами 9 сетчатого катода 2, конусными кольцами 10 сетчатого катода 2 и центральным кольцом 11 сетчатого катода 2.

Таким образом, достигается заявленный технический результат, а именно повышение нейтронного выхода и повышение эффективности генерации нейтронов.

Claims (1)

1. Камера с инерциальным удержанием ионов, имеющая герметичную конструкцию, содержащая хранилище рабочего газа, первый источник ионов Пенинга, первый кольцевой постоянный магнит, установленный на первый источник ионов Пенинга соосно с ним; второй источник ионов Пенинга, второй кольцевой постоянный магнит, установленный на второй источник ионов Пенинга соосно с ним; источники ионов Пенинга имеют одинаковую геометрию, кольцевые постоянные магниты имеют одинаковую геометрию, отличающаяся тем, что хранилище рабочего газа расположено внутри сферического анода; сферический сетчатый катод расположен концентрически внутри сферического анода, сферический сетчатый катод закреплен на высоковольтном вводе, выполненном в виде стержня, соосно с ним; при этом высоковольтный ввод отделен от сферического анода цилиндрическим изолятором, присоединенным к сферическому аноду и высоковольтному вводу; цилиндрический изолятор расположен соосно с высоковольтным вводом; сферический сетчатый катод состоит из восьми полуколец, двух конусных колец, центрального кольца и двух втулок, восемь полуколец расположены равномерно по окружности, и присоединены к втулкам, и придают сетчатому катоду сферическую форму, втулки расположены симметрично относительно центра сферического сетчатого катода, одна из втулок присоединена к высоковольтному вводу; в середине между втулками сферического сетчатого катода в плоскости, перпендикулярной оси высоковольтного ввода, размещено центральное кольцо; между центральным кольцом и втулками на восьми полукольцах размещены два конусных кольца: по одному с каждой стороны от центрального кольца, симметрично относительно центрального кольца; вершина конусной поверхности конусных колец находится в центре сферического сетчатого катода; дополнительно устройство содержит шесть источников ионов Пенинга; все восемь источников ионов Пенинга имеют одинаковую геометрию; на каждый из источников ионов Пенинга соосно с ним установлен кольцевой постоянный магнит, все восемь кольцевых постоянных магнитов имеют одинаковую геометрию; в сферическом аноде сделаны восемь отверстий в местах присоединения источников ионов Пенинга; источники ионов Пенинга расположены на поверхности сферического анода так, что их оси проходят через центр сферического сетчатого катода; источники ионов Пенинга расположены равномерно с разных сторон сферического анода так, что их оси проходят через центры промежутков между полукольцами сетчатого катода, конусными кольцами сетчатого катода и центральным кольцом сетчатого катода.