Введение к работе
Актуальность темы. Одной из проблей использования ускорителей пучков заряженных частиц является утилизация энергии "отработавшего", выполнившего свое функциональное назначение, пучка. Рекуперация, или прямое преобразование, кинетической энергии направленного потока эаряхенных частиц в зяерпго электрического пояя в замкнутом цикле "ускоритель - рекуператор - система питаная" позволяет решить одновременно несколько вопросов: снижение тепловых нагрузок на коллектор, уменьшение интенсивности распыления материала приемной поверхности, а, следовательно, улучшение вакуумных условии, и экономия электроэнергии. Реализация многих ускорительных проектов вообав невозможна без систем . рекуперации из-за чрезмерных энергетических затрат. Использование рекуператоров позволит в будуаем увеличить КПД термоядерных реакторов. Системы торможения интенсивных ионных пучков могут быть использованы также в установках ионно-плазкенной технологии.
К началу выполнения работы отсутствовали данные о
возможности а способах преобразования энергии интенсианых ионних жучков с плотностью тока до 200 мМїмв. Это обстоятельство и определяет актуальность диссертации.
Основными целями исследований, описанных в диссертации, являлись следуюцяе: разработка и создание рекуператоров интенсивного прогонного пучка; опрэделенке эффективности прямого преобразования энергии; исследование механизмов, являвшихся причиной ограничения КГЦ рекуператоров; изучение вопросов транспортировки интенсивный пучков в вакуумной каыере о иагнатнама линзами и преобразования геометрии пучка.
Научная новизна работ
Впервые создан й- исследован рекуператор с полезной импульсной модностью 30 кВт я плотность» рекуперированного тока 00 ьА/см2 при КЛДл 50*/..
Экспериментально исследован баланс тока в рекуператоре. Установлено, что после отделения низхоэнергичньк электронов в сепараторе рекуператора пучок,попадая в коллектор, вновь нейтрализуется .за врегйг порядка S0' икс и поступает преимущественно на эаднюв стенку коллектора - цилиндра Фарадея. Разработанная методика анализа баланса тока позволяет определять нейтрализованную дога протонного пучка и определять коэффициент вторичной ионно-зяектроняой эмиссии с поверхности коллектора.
Показано, что КПД рекуператора с .сеточнш сепаратором принципиально ограничен вторичной ион-электронной эмиссией с сеток. .
Предложен способ преобразования цилиндрического интенсивного пучка в ленточный с помощью линзы Панофского, исследован
4 '
процесс преобразования я транспортировка пучка в квадруполько!* магнитном пола.
Предлокен, реализован и исследован сепаратор электронов и протонов в скрещенное полях для ленточного пучка, ПОЗВОЛЯЮЩИЙ снизить доли потерь мощности на супрессорпом электроде до Ъ% . Разработан рекуператор энергии ленточного протонного пучка
С ПЛОСКИМ КОЛЛеКТсрОЦ И С2ССйТОЧШМ СеларЭТСрсМ С ЭффеКТИВНОСТЬП
по ьгааности as 67'/..
Практическая ценность работы. Полученные результаты по рекуперации кнгепсязнше протонных пучков позволяет сделать вывод о том, что использование прямых преобразователен энергии цияиндричэских пучков с эязхгростатичеекки отдеяениец электровоз при помоад сеточного <5лока целесообразно в нюмкторах, работаиих в импульсных и квазпиипульспих рзишах. Кх приаэпевяо ограничено теалоэндеягпиЕМ в соточкоа блоке. Эксперименты по рекуперации проводились с источником протонов "СТАРТ", прообразом иигекторов "СТАРТ-2" и "СТАРГ-3", кспользуенкх в І&статуте ядеркоя физики СО РАН для создания вкеохотеипературяой плазш а торцевых пробкотронах айгяоляраой плазменной логувкн. Поэтому разработанный рекуператор по своим паранетрзи непосредственно ко&зт бить вспользоган для прямого преобразования энергии ненерезар.чдкзвейся части копкого пучка в указанных . установках и установках подобного типа с эффективность» преобразования по кощюстя з пределах 0.3 + 0.73 Сэ зависимости or янтаясіпшозти яучкаЗ. Конструкция вакуушоа части рэкуператорэ достаточно кошіактяа я позволяет разиестить его в , на правышашеи разкэроз. источника яонов. Рекуператор ленточного пучка р&ссчитая для преобразования ыовдшя
непрерывных ионных пучков, так как в нем отсутствуют ргбочие / юверхности, бомбардируемые частицами пучка с полной энергией. Результаты представляют также несомненную практическую ценность для решения общей проблемы рекуперации энергии и утилизации плазменного потока, покидающего термоядерный реактор. Последнее в первую очереіь относится к так называемым "ловушкам открытого типа" САМБАЛ-М, ГОЛ, Ш и другие). '
/ -
Катоды исояелованшг. Специфика диагностики заключается в том, что витбнеивша нешны» пучок кьааикейтрален; его простран-ствегашЗ оаряд пракгичаохп полнооть» нейтрализован медленными электронаыи. Для вгиороаая распределения относительное плотности тока пучка нспольэоьаяась перешиемае в вакуумной объеме аторачао- ошесшшыэ датчика. При их использовании особое вшэда* уделялось отсечке шдлешаа электронов от донов пучка. Пояэша тог. ленточного пучка измерялся - калораметрированиен. Положение к раэмйр шшаздрячейхего пучка в рекуператоре, сфокусированного ішігатвои линзой, рэгастрировадись по свечению . титановой фольги толщиной 10 шм.а |орш сечения ленточного пучка - по свечению люминофора. Для . muepemut углового расхождения ленточного пучка исполъзоаался специально для этого разрасЧяышый секйаояированныа датчик. Измерение в обработка . сигналов с датадкоа бшш аьтоштнзироваяы с использованием блоков стандарта КАМАК и ОВМ. Тока ш электроды - рекуператора измерялись ;поясами Рогоаского Странсформаторьмн тока), предварительно срохалкйрогаяшаа да кзкермтельном стенде.
Предстаййеанне в ддесэртаади :< научные полокення, зкеперийнтайьннв а теоретдческие результаты достаточно достоверны н обоснованы. Это определяется [систематическим
:>:-:-\ь':< -:':^у::^^-:;:—----.-у-\'-''"tl: ':'--'
характером исследования, большим объемом экспериментального материала и согласованностью результатов, полученных различными методами.
Основное результаты, выносимые на защиту. 1.Рекуператор цилиндрического пучка с полезной мощностью 30 кВт в импульсе , плотностью рекуперированного тока 200 мА/сы* и к. п. д. 50.
-
Результаты исследования тормогекия высокопервеансного протонного пучка в коллектор типа "цилиндр Фарадея" с первеаисом 100 мкА/В3/г.
-
Способ преобразования цилиндрического интенсивного протонного пучка в ленточний с помощью линзы Пансфского, учитывавший особенности транспортировки такого пучка в квадрупольном магнитной поле.
4.Рекуператор энергии ленточного протонного пучка с КПД 67 с магнитным сепаратором электронов и протонов, позволяющий реализовать бессеточну» конструкцию.
Апробация работы. Результата работа докладывались на VII Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике в г.Томске С 1988г.), на KI Всесоюзной сешнарэ по физика и технике интенсивных источников ионов и конкшс пучков з г.Киеве (1991г.), на семинарах ИАЭ им.И.Б.Курчатова, ЕЭИ км.В.И.Ленина, плазиенныя лабораторій ИЯФ СО РАК. Каучныэ исследования, определившие содерганйэ перпкх трех глаз, проводилась в соотввтствив с планом научно - исследовательской работа по. договору К-ЗО-СЗ ClS3S-83rr.) , заключенному Ковосяйирсгааг гссударетвэянш университетом с Институтом атомной эяэргия км. К. В. Курчатова. По
материалам диссертации опубликовано 4 печатные работы. Пятая -
і 1 Н. Мешков, В. П. Фунтиков "Рекуперация энергии интенсивного протонного пучка.с преобразованием геометрии", находится в печати.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 95 страниц, 41 рисунок, 6 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
