Введение к работе
Актуальность темы. Актуальность исследований по получению мощных ионных пучков (МИП) обусловлена широкими возможностями, которые предоставляет их использование в различных областях физики и техники. Сильным стимулом для быстрого развития техники получения МИП явились появившиеся во второй половине 70-х годов программы по их использованию в инерциальном УТС (см. , например, [1]), а также работы по ионным инжекторам, по использованию МИП для изменения свойств материалов и для накачки лазеров. Такие особенности, как малая длина поглощения в средах и широкие возможности вариации состава (от протонов до тяжелых ионов) в ряде случаев обуславливают преимущества МИП перед другими импульсными источниками энергии, например, перед мощными релятивистскими электронными пучками (РЭП) или лазерным излучением.
С точки зрения получения предельно высоких мощностей при высокой эффективности наиболее перспективным оказалось генерирование МИП прямым ускорением в нагнито-изолированных диодах (МИД). Этим методом достигнуты наибольшие на сегодняшний день параметры МИП. Данная работа посвящена исследованию одной из схем МИД - с радиальной геометрией изолирующего магнитного поля. Важным преимуществом этой схемы ускорения является возможность вывода пучка в свободное пространство.
Главные проблемы генерации МИП для УТС связаны с требованиями большой мощности при высокой эффективности, которая определяется эффективностью подавления электронного тока магнитной изоляцией. Эти требования в какой-то степени про-
тиворечат друг другу, т. к. достижимый уровень ионного тока в МИД тесно связан с распределением электронов в ускоряющем зазоре, а, следовательно, и с потерями энергии на электронный ток. Соотношение этих требований определяет проблему оптимальных условий для генерирования МИП. Другой сложной проблемой является диагностика ионных пучков большой мощности. Цель работы: экспериментальное исследование физических закономерностей генерирования МИП в иагнито-изолированном диоде с внешним изолирующим магнитный полем радиальной геометрии;
численный анализ мощного МИД с целью определения влияния энергетического и углового разброса в занагниченном электронном потоке на величину ионного тока, на эффективность магнитной изоляции и другие характеристики МИД;
проверка корректности измерений плотности тока МИП методом
цилиндров Фарадея с магнитной изоляцией (ЦФМИ) при измерении в
2 области до 2 кА/си .
Научная новизна. В результате проведенных исследований получены импульсные пучки протонов с энергией частиц 0,3+0, 6 МэВ,
2 током 120 кА л плотностью тока в ускоряющем зазоре =<і,5 кА/см
с возможностью вывода пучка в свободное пространство. Найдены
оптимальные условия для устойчивой работы МИД с радиальным
магнитным полем.
Экспериментально проверена корректность измерений ЦФМИ при
2 плотностях ионного тока до 2 кА/см .
Численным анализом решена задача определения плотности ионного тока в зазоре с замагниченными электронами и неограниченной встречной эмиссией электронов и ионов с при различных предположениях об электронном распределении. Показано, что сравнительно небольшой разброс может быть причиной утечки электронов на анод, при выполненном с запасом условии магнитной изоляции. Показано, что учет энергетического или углового разброса электронов приводит к заметному выигрышу по уровню плотности ионного тока и к лучшему соответствию между теорией и экспериментальными результатамими по генерации МИП.
Практическая ценность. В проведенных экспериментах отработана техника стабильного получения в вакуумном диоде МИП с энергетической эффективностью - 60%. Проведенные исследования
позволяют лучше понять процессы, происходящие в мощном иагнито-изолированном диоде, предоставляют хорошие возможности воздействия на режим работы МИД с радиальной геометрией магнитной изоляции и на характеристики получаемого НИП. Результаты исследований полезны также для диагностики НИП.
Апробация раСоты. Результаты работы докладывались: на Всесоюзном совещании по плазменной электронике (Томск, 1935); на Всесоюзной конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (Звенигород, 1986); на Всесоюзных симпозиумах по сильноточной электронике (Томск, 198Б, 1988); на VIII Международной конференции по мощным пучкам заряженных частиц (Новосибирск, 1990).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Текст диссертации содержит 98 страниц, в том числе 25 рисунков. 3 таблицы. В списке литературы 52 наименования.