18 Изобретение относитс к области ускорителей и инжекторов ионов, а так же электроракетньк (ионных) двигатеiieft с газоразр дными источниками ионов и может быть использовано в ионно-лучевой технологии, космической технике, при разработке установок тер мо дерногр синтеза. Известен газоразр дный источник ионов, нос щий название ионного двигател Кауфмана. В этом источнике ионизаци рабоче .го вещества осуществл етс в разр де Пеннинга с однородным аксиальным магнитным полем, создаваемь1м соленоидом с прот женным анодом и гор чим катодом , Извлечение, формирование и ускорение ионного пучка производитс с помощью многоаппертурной ионно-оптической системы. Известному источнику присущи недостатки , св занные с высокими энергетическими затратами на ионизацию и неоднородным распределением плотности ионного тока на -вькоде из источника . . Совершенствование источника ионов данно1о типа пшо IJO нескольким направ лени м, наиболее плодотворное из кото рых св зано с организацией удержани , газоразр дной плазмы в объеме камеры Известен, например, газоразр дный источник ионов, магнитное поле в котором создаетс с помощью продольных намагниченных в поперечном направлении магнитов, расположенных равномерно по окружности с наружной стороны газоразр дной камеры с последовательным чередованием полюсов. . При такой магнитной системе вблизи боковой стенки источника образуетс область быстро спадающего к оси магнитного пол . Электроны в этой облас ти замагничены и их дрейф на стенку затруднен.. Недостатком данного источника вл етс невозможность эффективного удержанн ионного компонента плазмы, что приводит к дополнительным затратам энергии на повторную ионизацию прорекомбинировавших на стенке ионов. . Частично этот.недостаток устранен в источнике ионов с магнитно-электростатическим удержанием плазмы, которьй вл етс ближайпшм техническим решением. 2 Известный источник содержит газоразр дную камеру, ограниченную боковой , задней торцевой стенками и антикатодом с отверсти ми дл извлечени ионов, внутри которой установлены термокатод, анод и кольцевые, намагниченные в радиальном направлении магниты , расположенные вдоль боковой стенки камеры с последовательным че- редованием полюсов, основной источник питани разр да, отрицательный полюс которого соединен с катодом, а положительный - с анодом, а также дополнительный источник питани , отрицательный полюс которого соединен с анодом. В известном источнике посто нные магниты введены внутрь газоразр дной камеры и электрически соединены с боковой стенкой камеры, наход щей-. с под потенциалом катода. Кроме того в. разр д, кроме основного анода, введены еще дополнительные (пристеночные ) аноды, установленные в промежутках между полюсами магнитов. Положительный полюс дополнительного источника соединен с указанньими пристеночными анодами. Таким образом, крр-: ме основного разр да в пристеночной области газоразр дной камеры осуществл етс несамосто тельный разр д в скрещенных Е х В пол х. В процессе работы источника газоразр дна плазма в основном объеме источника поддерживаетс под потенциалом , близким к потендаалу основного анода. Потенциал же дополнительных анодов с помощью дополнительного источника питани и в силу известных физических закономерностей, присущих несамосто тельному разр ду в пристеночной области к амеры, поддерживаетс на 4-6 в вьше потенциала плазмы основного разр да. За счет указанного скачка потенциала обеспечивают эффективное удержание конов при одновременной замагниченности электронов. Недостатлсом известного источника вл етс необходимость затраты мощности на поддержание пристеночного разр да,.что ограничивает возможности дальнейшего повьшени его энергоэкон-омичности . Необходимость введени дополнительных анодов усложн ет конструкцию источника. Целью изобретени вл етс упрощение конструкции. 381 Цель эта достигаетс тем., что магниты изолированы от боковой стенки и электрически соединены с положительным полюсом дополнительного источника питани .. Кроме того, анод выполнен в виде кольца, охватывающего катод и .установлен параллельно задней торцовой стенке камеры, преимущественно в закатодной области камеры. На чертеже схематично изображен источник ионов и схема его питани , Источник содержит газоразр дную камеру, в которой установлены термокатод f например типа полого катода, анод 2, посто нные магниты 3, В источниках большого размера может установлено несколько катодов. Тип катода выбирают в зависимости от рода рабочего вещества. Газоразр дна камера ограничена цилиндрической боКОБОЙ и задней торцовой стенками, а также антикатодом 4с отверсти ми дл извлечени ионов. Ионный пучок формируетс ионно-оптйческой системой , содержащей ускор ющий 5 и кольцевой замедл ющий 6 электроды. Магнитное поле в пристеночной зоне образуетс магнитами 3, а в прикатодной области - магнитной системой 7, выполт ненной, например, в виде соленоида. Катод 1 и анод 2 запитываютс от основного источн.ика 8 питани . Отрицательный полюс дополнительного источника 9 подключен к аноду 2, а полозки- , тельный -, к магнитам 3. Дл осуществ- лени такой электрической св зи магвиты 3 изолированы от боковой стенки, Источник ионов работает следующим . образом. Рабочее вещество подаетс через польй катод 1 и в камеру через систему подачи (на чертеже не показана ) . При подаче напр жени с основного источника 8 пор дка 15- 30 В ( в зависимости от рода рабочего вещества ) зажигаетс разр д. Электроны эмиттирувмые катодом (первичные электроны ), ионизируют рабочее вещество и нагревают образовавшиес в результате ионизации электроны плазмы (вторичные электроны). Ток первичных электронбв и их энерги рехулируютс величиной расхода газа через катод 1 и напр жением разр да,, что позвол ет выбрать оцтимальный с точки зрени энергозатр ат режим работы источника, Уровень энергозатрат и газова экономичность источника во многом опреде64 л етс величинойпотока ионов и электронов на боковую стенку камеры. Б flaH- ном источнике магниты 3 создают вблизи боковой стенки знакопеременное магнитное поле, в котором электроны замагничены, что затрудн ет их дрейф на боковую стенку. Поддержание положительного потенциала на магнитах относительно плазмы (потенциал плазмы близок к потенциалу анода 2 в силу известньпс физических закономерностей) приводит к .возникновению радиального направленного к оси электрического пол перпендикул рного пристеночному магнитному полю. Известно, что такое электрическое поле может существовать только в услови х .замкнутого азимутального дрейфа электронов. Это условие выполн етс в данной конструкции за счет кольцевой формы магнитов . .Указанное электрическое поле обеспечивает удержание ионов в объеме ГРК. Дп электронов имеютс каналы утечки на полюса пристеночных маг-нитов 3. Однако из теоретических работ и5вестно , что ширина этих каналов составл ет пор дка ларморовскохо диаметPs электронов. С учетом этого плот ость электронного тока на полюса, обратно пропорциональна величине магнитного пол В. При В 10 Т энерге- . тические затраты на поддержание электройного тока в цепи: анод-магниты малы по отношению к затратам на ионизацию . По сравнению с известным источником поток ионов на боковую стенку снижен за счет того, что в известном источнике имеютс каналы утечек ионов на полюса магнитов, а в данной конструкции они отсутствуют. Таким образом , затраты мощности на поддержание пристеночного разр да исключены, дополнительного источника питани определ етс током утечек электроков . Дл того, чтобы снизить поток ионов на заднюю стенку целесообразно анод 2 основного разр да выполн ть в виде кольца, расположенного вблизи задней торцовой стенки. Это и предопредел ет положительный эффект изоб.ретени , . . В экспериментах исследовалась модель источника с кольцевыми магнитами из сплава ЮНДК, При рассто нии между полюсами 12 мм магнитное поле составл ло 2i10T, При работе на цезии
818366 .6
удельные энергетические затраты (от- вестном источнике. Изобретение позвоношение мощности в разр де к ионному л ет снизить удельные энергозатраты току пучка) не превышали 90 эВ/ион, в источнике на 10-12% при одноврёменчто на 10-12% ниже энергозатрат в из- ном упрощении конструкции источника