Генерация и формирование пучков тяжелых ионов металлов для ускорителей с ПОКФ

• Автор: Кулевой, Тимур Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Вакуумно-дуговой источник ионов металлов
для линейного ускорителя ТИПр-
1.1 Конструкция источника
1.2 Система формирования пучка
1.3 Измерения зарядового распределения ионов пучка,
генерируемого ВДИИМ
1.4 ВДИИМ с составным катодом
Глава 2. Ускорение в ЛУ с ПОКФ
ионного пучка, генерируемого ВДИИМ
2.1. Достижение расчетной энергии в ускоряющей структуре
2.2 Максимальный ускоренный ток
2.3. Ускорение ионов меди на ТИПр-1 с новой ускоряющей структурой
ГЛАВА 3. Электростатические колебания
3.1. Условия возникновения неустойчивости
3.2. Инкремент нарастания колебаний
3.3. Выводы и заключение
Глава 4. ВДИИМ с двумя анодами и
пространственно неоднородным магнитным полем
4.1. Конструкция источника
4.2. Измеренные зарядовые распределения пучка ионов урана, генерируемого ВДИИМ с двумя анодами
4.2.1 Влияние магнитного поля на зарядовое распределение
пучка ионов урана
4.2.2 Измерения магнитного поля вдоль оси источника и
тока разряда в цепи анод-2 - катод

4.2.3 Спектр пучка ионов урана с током разряда 1^ =2,5 кА
4.2.4 Работа со свинцовым катодом
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития ядерной энергетики проявляется большой интерес к возможности использования интенсивных пучков тяжелых ионов для возбуждения процессов управляемого термоядерного синтеза с инерционным удержанием плазмы [ 1]. Идеи построения установок, базирующихся на драйверах (ускорительных комплексах) с гигантской импульсной мощностью, были выдвинуты в середине семидесятых годов прошлого столетия и с тех пор данному вопросу уделяется самое пристальное внимание. Регулярно проходят специализированные международные конференции, последняя из которых состоялась в 2002 году в Москве в ИТЭФ, что явилось признанием огромного вклада в развитие данного направления исследований в этом научном центре. Работы по развитию инерционного тяжелоионного синтеза (ИТИС) ведутся в ведущих ускорительных центрах мира, таких как 081 (Германия), ЬЕИЧЬ и АЖ (США). В ИТЭФ успешно ведется программа по созданию Тера Ваттного Накопителя (ТВН) для проведения исследований по взаимодействию ионного пучка с плазменной мишенью [ 2]
Основные трудности при построения драйвера для ИТИС в первую очередь связаны с необходимостью создания сильноточных ионных источников, а также с ограниченной пропускной способностью ускоряющих секций на начальном этапе, когда скорость ионного пучка невелика. Во многом, трудности, связанные с низкой пропускной способностью ускоряющих секций на начальном этапе, удалось решить с открытием принципа пространственнооднородной квадрупольной фокусировки (ПОКФ) [ 3].
Для проведения экспериментальных работ по изучению вопросов, связанных с ускорением сильноточных пучков тяжелых ионов на начальном этапе, в ИТЭФ был разработан, сконструирован и запущен тяжелоионный

заключалась в стабилизации плазмы разряда за счет ограничения подвижности катодных пятен. Позднее опыт, накопленный в работе с катодами данной геометрии, лег в основу конструкции источника с внешним электронным пучком, который будет описан ниже (Глава 3).
Исследования влияния величины промежутка анод - катод на зарядовый спектр извлекаемого из плазмы разряда пучка ионов привели к выводу, что спектральный состав пучка не зависит от величины данного промежутка. От величины данного промежутка зависит только стабильность зажигания дугового разряда, как это и описано в [ 62]. При анодном отверстии диаметром 10 мм и катоде диаметром 6 мм, нестабильность зажигания дугового разряда возникала при расстоянии анод - катод менее 4 мм и более 14 мм.
Проведены исследования влияния разницы диаметров отверстий в триггере и изоляторе, а также наклона образующей конического отверстия в триггере, на работу катодного блока. Исследование влияния величины зазора между катодом и поджигающим электродом показали, что при величине зазора 0,5 -1 мм и использовании для инициирующего разряда штатной схемы с импульсным повышающим трансформатором с выходным напряжением от 8 до 15 кВ, стабильность первоначального пробоя не зависит от величины приложенного напряжения в указанном диапазоне. На основании данных исследований разница в диаметрах отверстий в изоляторе и поджигающем электроде устанавливается на уровне 1 мм и угол наклона образующей конического отверстия в поджигающем электроде должен быть более 60°. При меньшем угле наклона образующей конического отверстия в триггере резко падает стабильность инициирования разряда. Данная величина зазора является компромиссным решением. С одной стороны необходимо иметь как можно меньший зазор между катодом и поджигающим электродом для обеспечения повторяемости инициирующего разряда. С другой стороны, увеличение данного зазора вдоль поверхности изолятора положительно сказывается на