А. А. ВАСИЛЬЕВ, С. В. ПЛОТНИКОВ
«Институт теоретической и экспериментальной физики»,
Москва
ВОЗМОЖНОСТЬ ПОВЫШЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПОВТОРЕНИЯ
ИМПУЛЬСОВ ГАЗОВОГО ИОННОГО ИСТОЧНИКА
Одним из существенных препятствий при создании генераторов нейтронов на основе компактных ВЧ ускорителей ионов является получение короткоимпульсных пучков, следующих с высокой частотой повторения (десятки и сотни Гц) [1]. При проектировании соответствующих ионных источников (ИИ), например, типа дуоплазматрона, жесткие условия создания сильноточного газового разряда в камере ИИ(при давлении Ps~102 Па) и высокий уровень вакуума в ускоряющей структуре (давление ~ 10-5 Па) приводят к необходимости минимизации времени открывания и запирания отверстия для выпуска ионов (ВО). Для решения этой задачи предложен электромагнитный клапан (ЭМК) с повышенной скоростью перемещения подвижной заслонки (З) [2]. В ЭМ см. рис.1) используются 2 неподвижных соосно расположенных электромагнита (ЭМ), которые взаимодействуют с 2 постоянными магнитами (ПМ), жестко закрепленными на подвижной заслонке и образующими вдоль оси системы
| магнитный диполь (МД). При включении тока в ЭМ возникают силы, приложенные к полюсам МД, что приводит к возвратно-поступатель-ному движению МД с З между полюсами ЭМ. Для питания использована электронная импульсная схема (Модулятор), нагруженная на последовательно включенные катушки ЭМ и посылающая импульсы |
Рис.1. Схема электромагнитного клапана |
прямоугольной формы переменной полярности - с током до 120 А.
Проведены работы по определению натекания через скользящее уплотнение ЭМК при использовании как металлических (W-Ti) так и керамических (Al2O3) трущихся пар. В случае с керамикой поверхности пластин шлифовались алмазным инструментом, а затем притирались друг к другу перед установкой в ЭМК. Диаметр центрального отверстия составлял 0,6-0,8 мм. В результате испытаний керамическая пара обеспечила работу источника при частоте повторения импульсов 25 Гц в течение 6 часов, и после разборки видимых следов износа керамики не обнаружено.
Эксперименты показали, что газовая эффективность закрытого клапана из керамики улучшается в 5 раз по сравнению с металлическими трущимися парами для рабочих давлений ~ 200-300 Па. Прогон клапана с 20 тыс. срабатываний не выявил изменения скорости натекания газа (H2) через закрытую керамическую пару, что выгодно отличает ее от пары, выполненной из металлов.
Выводы:
1. Высокое быстродействие клапана достигнуто за счет выбора симметричной конструкции затвора и отказа от возвратной пружины, которая используется в конструкции дуоплазматрона [3].
2. В результате сокращения времени открытого состояния клапана с 3000 мкс [3] до 200-300 мкс газовые потери источника уменьшаются на порядок.
3. Было выявлено, что в режиме молчания при использовании клапана с керамической парой газовая нагрузка снижается от 5-и раз (при 500 Па) до порядка (при давлении PS = 14000 Па) (по сравнению с W-Ti исполнением трущейся пары). Максимальный суммарный выигрыш составляет 50-100 раз. Это преимущество дает основания использовать ЭМК в конструкции газовых источников ионов и, в частности, в дуоплазматронном источнике ионов, который разрабатывается для компактных ускорителей ионов прикладного назначения.
Список литературы
1. A. A. Васильев, , . Источник коротких импульсов нейтронов на основе компактного резонансного ускорителя дейтронов. – Сб. докладов XI международного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине (ICAA’05).- С.-Петербург, 2005, с.23.
2. , . Быстродействующий выпускной клапан для ионного источника. – Материалы XIII Всероссийского совещания по УЗЧ, Дубна, 1992, с.243.
3. и др. ”Эксплуатационные характеристики выпускного импульсного клапана для источника протонов ЛУ И-2”. - М., Препринт ИТЭФ, 1979г., №97.
