Генерация пучков ионов с большой фазовой плотностью тока для ускорителей заряженных частиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

На правах рукописи

Турчин Владимир Иванович

Генерация пучков ионов с большой фазовой плотностью тока для ускорителей заряженных частиц

01.04.20 - физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Автор:

Москва 2004

Работа выполнена в ФГУП ГНЦ РФ Институт Теоретической и Экспериментальной Физики, Москва.

Доктор технических наук, ведущий научный сотрудник ИТЭФ Плотников С. В.

Доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник МИФИ Татаринова Н. В. Кандидат технических наук, ГКНПЦ им «Хруничева» КБ «Салют» Владимиров А. Н.

Федеральное государственное унитарное предприятие Московский радиотехнический институт РАН, Москва

41-/ 00

Защита состоится /февраля 2005 года в__' '_ на заседании

диссертационного совета Д212 130 01 в аудитории .Л^/*1^« Московском инженерно-физическом институте (Государственный университет) по адресу Москва, Каширское шоссе 31, телефон 324-84-98,323-91-67

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ

Автореферат разослан ^ "_2005 г

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенном печатью организации

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212 130 01 кт н

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

Общая характеристика работы

1.1 Актуальность темы

Сильноточные пучки ионов нашли широкое применение в современной науке и технике {1}. В технологиях, связанных с медициной {2}, производством новых материалов {3}, обнаружением и мониторингом делящихся веществ {4}, исследованием космоса {5} требуются сильноточные ускорители, способные ускорять ионы до высоких энергий.

При построении подобных установок необходимо решать задачи как по обеспечению большой пропускной способности ускоряющих структур, так и по достижению высокого темпа ускорения заряженных частиц. Во многом трудности, связанные с увеличением пропускной способности ускоряющих секций сильноточных ускорителей, удалось решить с открытием принципа пространственно-однородной квадрупольной фокусировки (ПОКФ) {6}. Наиболее высокий темп ускорения достигнут в ускорителях с фазопеременной фокусировкой (ФПФ). Применение многолучевых ускорителей такого типа позволяет ускорять сильноточные пучки ионов {7}. Из теории линейных ускорителей известно, что рост интенсивности частиц в потоках ионов, ускоренных в ускорителе, связан с повышением фазовой плотности тока ускоряемых пучков и с уменьшением их фазового объёма {8}. Эти требования актуальны для всех типов ускорителей заряженных частиц.

В ИТЭФ были разработаны и эксплуатируются линейный ускоритель (ЛУ) протонов И-2 с ускоряюще-фокусирующей системой «Альварец», являющийся инжектором протонного синхротрона {9}, ускоритель тяжёлых ионов ТИПр-1 с ПОКФ, рассчитанный на ускорение ионов с отношением массы к заряду 60-65 и предназначенный для изучения проблем инерционного управляемого термоядерного синтеза [1], и ускорители с ФПФ [2], {10}. Генерируются ионы газов в этих установках дуоплазматронами с безнакальным катодом {11}, [3]. В настоящее время потребовался источник ионов (ИИ), позволяющий увеличивать ток ионного пучка, ускоряемого в ускорителях и обеспечивающий получение ионов различных металлов. Для решения этой задачи необходим был универсальный источник, генерирующий ионы газов и металлов, и на действующей установке показать, что эта разработка позволяют увеличить ток ионного пучка, ускоряемого в линейных ускорителях, по сравнению с применяемыми дуоплазматронами. Особенностью формирования пучка ионов, предназначенного для ускорения в ускорителях заряженных частиц, является то, что плотность тока в пучке должна соответствовать техническим параметрам ускоряющего канала, а увеличение фазовой плотности тока J (являющейся отношением величины тока пучка 1Р к его фазовому объёму Уф) достигается за счёт уменьшения фазового объёма шем просто эмиттанса) пучка.

1.2 Цель диссертации

Целью диссертации является разработка физических способов и технических решений, позволяющих увеличивать фазовую плотность тока и уменьшать фазовый объём пучка на выходе плазматронных источников ионов с электрическим разрядом и генерировать в них сильноточные пучки ионов газов и металлов. Для достижения этой цели необходимо:

• разработать физические способы и реализующие их конструкции анодов и катодов, применение которых позволяет уменьшать поток неионизированного газа на выходе источников ионов, генерирующих импульсные и непрерывные во времени пучки ионов;

• разработать физические способы и на их основе универсальный ИИ, инжектирующий сильноточные пучки ионов газов и металлов со стабильными по амплитуде и форме импульсами тока и малой величиной фазового объема;

• показать на действующих ускорителях, что предложенные разработки способствуют увеличению фазовой плотности и величины тока ионов, ускоряемого в этих установках.

1.3 Научная новизнаразработокзаключается в следующем

• Впервые разработан способ разделения в канале эмиссии ИИ потоков заряженных частиц и нейтрального газа, с последующим удалением нейтралов из этого канала. Этот способ позволяет уменьшать поток газа из ИИ, работающих с импульсными и непрерывными во времени пучками ионов.

• Разработан новый способ повышения эмиссионной способности полых катодов путём формирования магнитного поля в полости этих катодов.

• Предложен оригинальный физический способ стабилизации амплитуды и формы импульсов тока пучков ионов металлов, инжектируемых плазмой электрических разрядов MEVVA, путем преобразования этих разрядов в многоступенчатые электрические разряды.

• Разработан новый физический способ получения низкотемпературной плазмы с большой плотностью заряженных частиц в многоступенчатых электрических разрядах, в плазме конечной ступени которых отсутствует магнитное поле, а плотность плазмы в их начальных ступенях увеличивается за счёт удержания в ней заряженных частиц при помощи мульти-польного магнитного поля, величина которого максимальна вблизи стенок разрядной камеры и стремится к нулю на её центральной оси и за счёт радиального электрического поля, не проникающих в плазму разряда.

1.4Практическая ценность

• Разработаны физические способы усиления эффекта полого катода, которые были реализованы в различных конструкциях безнакальных катодов. Применение таких катодов позволи-

ло в 2 - 4 раза понизить рабочее давление газа в ИИ и обеспечило устойчивую генерацию дуоплазматроном непрерывного во времени пучка протонов с током 20 мА [4]. Модернизация дуоплазматрона ЛУ И-2, в процессе которой в ИИ был установлен один из таких катодов, позволила в 1,4 раза увеличить ток ионного пучка в инжекторе ускорителя, и способствовала росту тока протонов, ускоренных линейным ускорителем И-2 [5].

• Разработаны аноды, применение которых в ИИ позволяет до 7 раз уменьшить поток неио-низированного газа на выходе источников, генерирующих импульсные и непрерывные во времени пучки ионов. Источник ионов с таким анодом и регулировкой потока газа в магистрали напуска рабочего газа в разрядную камеру применяется в ускорителе тяжёлых ионов [6]. Разработанный анод с вращающейся заслонкой в канале эмиссии является базовой конструкцией ИИ ускорительного комплекса нейтронного генератора ИТЭФ {12}.

• Разработан и создан универсальный ИИ плазматронного типа с мультипольным магнитным полем, в котором используются многоступенчатые электрические разряды различного типа. Этот ИИ, получивший название МП-дуоплазматрон, позволяет оперативно переходить от генерации ионов газов к получению ионов металлов и обратно без изменения конструкции. Пучки ионов на выходе МП-дуоплазматрона отличаются высокой фазовой плотностью тока, малой величиной эмиттанса, стабильностью амплитуды и формы импульсов тока как в период горения электрического разряда, так и от импульса к импульсу. Применение в многолучевом ускорителе с ФПФ МП-дуоплазмактрона позволило в 6 раз увеличить ток ускоренного пучка протонов по сравнению с ИИ, аналогичным дуоплазматрону ЛУ И-2 [7].

• Разработаны оригинальные приёмы увеличения фазовой плотности тока пучка другими способами и реализующие их конструкции источников, позволяющих генерировать сильноточные пучки ионов с малой величиной эмиттанса. Один из таких ИИ применялся в ускорителе ТИПр-1 при ускорении ионов ксенона [8].

Эти разработки и возможность их совместного применения в одной конструкции расширяют перспективу создания универсальных источников ионов различных веществ.

1.5 Кзащитепредставляются

• Разработанные физические способы и технические решения, позволяющие уменьшать поток остаточного газа на выходе ИИ.

• Разработанный способ формирования низкотемпературной плазмы с большой плотностью .заряженных частиц в многоступенчатых электрических разрядах, в конечной ступени которых отсутствует магнитное поле и реализующий этот способ ИИ, МП-дуоплазматрон, генерирующий импульсные пучки протонов с фазовой плотностью тока 6 А/см-мрад и фазовым объёмом 0,09 см-мрад, а также сильноточные пучки ионов различных газов и металлов.

• Разработан оригинальный безнакальный катод, применение которого позволяет формировать в плазматронных источниках ионов многоступенчатые электрические разряды различного типа, получать на выходе источника стабильные по амплитуде и форме импульсы тока пучков ионов газов и металлов и уменьшать поток газа, вытекающего из ИИ.

• Результаты ускорения в многолучевом линейном ускорителе с ФПФ пучка протонов, генерируемого МП-дуоплазматроном.

1.6 Апробация работы и публикации

Основные разработки, результаты и выводы, включённые в диссертацию, докладывались и обсуждались на международных и всесоюзных конференциях и семинарах по ионным источникам и ускорителям заряженных частиц и других совещаниях. Работы были представлены на Всесоюзном семинаре по физике быстротекущих процессов в плазме (г. Гродно, октябрь, 1986 г.), 10-м Всесоюзном совещании по ускорителям заряженных частиц (г. Дубна, октябрь, 1986 г.), на 11-м Всесоюзном семинаре по линейным ускорителям (г. Харьков, июнь, 1989 г.), на 10-м Всесоюзном семинаре по физике и технике интенсивных источников и ионных пучков (г. Киев, май, 1990 г.), на 12-м Всесоюзном совещании по ускорителям заряженных частиц (г. Москва, ИТЭФ, октябрь 1990 г.), на Международной конференции по ускорителям заряженных частиц (Канада, г. Ванкувер, май, 1997 г.), на 51-й Международной конференции по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Нижегородская область, г. Саров, сентябрь, 2001 г.). Представленные в диссертации разработки защищены 13-ю авторскими свидетельствами и патентами РФ на изобретение. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения. Общий объём диссертации составляет 110 страниц, в том числе 28 рисунков и библиография, включающая 69 наименований, 32 из которых посвящены теме диссертации.

2. Краткое содержание диссертации

Для увеличения тока пучка ионов, ускоренных ускорителем, в диссертации проведён анализ факторов, влияющих на величину фазовой плотности тока и фазового объёма пучка, генерируемого ИИ. Показано, что фазовая плотность тока и эмиттанс пучка, экстрагируемого из плазмы, зависят от температуры и плотности ионов в плазме и от величины потока неио-низированного газа, вытекающего из ИИ. Учитывая эти факторы, разработка методов увеличения фазовой плотности тока и уменьшения фазового объёма генерируемого источником пучка ионов проведена по двум направлениям: за счёт формирования на выходе ИИ плазмы с высокой плотностью и низкой температурой ионов и путём уменьшения потока неионизи-

рованного газа, вытекающего из ИИ. Сочетание этих методов в одном ИИ облегчает достижение цели диссертации. В диссертации разработаны ИИ, в которых используются другие физические способы получения сильноточных пучков ионов с малой величиной эмиттанса.

В первой главе диссертации на основе анализа современного состояния методов генерации сильноточных пучков ионов с малым фазовым объёмом разработаны физические принципы образования плазменного эмиттера, способного инжектировать пучки ионов с большой фазовой плотностью тока и малым эмитгансом. Поскольку ИИ с многоступенчатым электрическим разрядом отличаются высокой эффективностью использования газа и электрической мощности, а наличие магнитного поля в плазме увеличивает ее температуру, предложено генерировать плазму, ионы которой формируют пучок на выходе ИИ в конечной ступени многоступенчатого электрического разряда, в которой отсутствует магнитное поле, а начальные ступени такого разряда использовать для создания потока электронов, ионизирующих газ на выходе ИИ. Для увеличения плотности этого потока разработан способ повышения плотности плазмы в начальных ступенях электрического разряда за счёт удерживания её заряженной компоненты в разряде при помощи мультипольного магнитного поля сложной конфигурации и при помощи радиального электрического поля, возникающего между стенками ИИ и плазмой электрического разряда. Особенностью предложенного метода является то, что эти поля не проникают в плазму разряда и не влияют на её температуру и уровень плазменных шумов. Проведенный математический анализ разработанной физической модели плазменного эмиттера показал возможность его практической реализации и то, что плазма такого эмиттера способна инжектировать сильноточный пучок ионов водорода, фазовая плотность тока в котором более чем в 3 раза превосходит аналогичный параметр пучка, генерируемого дуо-плазматроном ускорителя И-2, и этот пучок может иметь фазовый объём в несколько раз меньший, чем пучок, генерируемый дуоплазматроном ускорителя И-2. Поскольку работа дуоплазматронов с безнакальным катодом характеризуется высокой надёжностью и способностью инжектировать сильноточные пучки ионов, удовлетворяющие требованиям ускорения в ускорителях различного типа, в диссертации сравниваются возможности и параметры разрабатываемого ИИ с аналогичными характеристиками дуоплазматрона, который в течение нескольких десятков лет успешно обеспечивает работу ЛУ И-2.

Поскольку плазма разрядов MEWA отличается высоким уровнем собственного шума, нестабильностью состава и плотности и инжектируемые ею импульсы тока пучков ионов металлов нестабильны по амплитуде и форме. Для их стабилизации в диссертации предложено преобразовать эти разряды из одноступенчатых в многоступенчатые. Плазма конечной ступени таких многоступенчатых разрядов используется для формирования пучка ионов, а начальная ступень с нестабильной плазмой применяется для заполнения ИИ парами металла.

Во второй главе диссертации на основе экспериментов, проведённых на ускорителе И-2 {11, 13}, и при помощи математических расчётов показано, что влияние потока неионизиро-ванного газа, вытекающего из ИИ, на фазовую плотность тока и фазовый объём инжектируемого ионного пучка сопоставимо с влиянием температуры и плотности ионов в плазме, эмитирующей этот пучок. Уменьшение газового потока на выходе ИИ достигается в настоящей работе как путём понижения газовой проводимости канала эмиссии в аноде, так и за счёт уменьшения давления рабочего газа в генераторе заряженных частиц.

Для уменьшения потока газа, вытекающего из дуоплазматронов с холодным катодом, применяемых в ускорителях с ФПФ, ТИПр-1, И-2, канал эмиссии в этих источниках перекрывается подвижной металлической заслонкой электромагнитного клапана, совершающей поступательное движение и открывающей канал только для выпуска ионов [2,3], {11,13}.

В диссертации разработано шесть конструкций анодов, газовая проводимость канала эмиссии в которых регулируется различными способами. На рисунке 1 показан анод с электромагнитным клапаном, в котором металлическая заслонка заменена магнитной жидкостью [9]. Как видно на рис. 1, электромагнитные катушки 5 и б создают в магнитопроводе 4 магнитное поле, перемещающее магнитную жидкость 7, открывая и закрывая канал эмиссии 2. Замена металлической заслонки магнитной жидкостью позволила увеличить быстродействие клапана, повысить степень уплотнения канала эмиссии и увеличить срок службы клапана, поскольку заслонка из магнитной жидкости не подвержена деформации при ударах о корпус ИИ и при попадании в неё струи плазмы. Применение такого клапана в дуоплазматроне позволило в два раза уменьшить поток остаточного газа на выходе ИИ по сравнению с дуо-плазматроном ускорителя И-2 и в несколько раз повысить быстродействие клапана [9].

Для ИИ ускорительного комплекса нейтронного генератора ИТЭФ, генерирующего импульсные пучки ионов с частотой 25 Гц, был разработан анод, в котором поступательное движение клапанной заслонки, характеризующееся большими ударными нагрузками, заменено её равномерным вращением [10]. Анод с таким клапаном показан на рисунке 2.

1 г з 4 5 6 7

ГРКИИ

Рис. 1. Анод с жидкостной заслонкой

1- анод, 2- канал миссии, 3- ппласти 4- магнитаагюПой 5,6- электромагнитные катушки. 7- магнитная живкасть, Б1 Б2- блоки электропитания

Рис. 2. Анод с роторной заслонкой

1- шо? 2- канал эмиссии 3- заслонка 4- атйррстир эмиссии, 5- электромотор

Как видно на этом рисунке, заслонка 3 выполнена в виде круглого стержня, вращаемого вокруг своей продольной оси электромотором 5. На другом конце стержня, перекрывающего канал эмиссии 2, имеется сквозное отверстие 4. Генерация ионов в источнике синхронизована по времени с положением этого отверстия в канале эмиссии. Высокая скорость вращения заслонки 3 позволяет использовать аноды такого типа в ИИ, инжектирующих пучки заряженных частиц с большой частотой посылок импульсов, и до 7 раз уменьшить поток балластного газа по сравнению с дуоплазматроном ускорителя И-2.

Особое место в диссертации занимает вопрос уменьшения потока газа из ИИ, инжектирующих непрерывные во времени пучки. В таких источниках перекрывать канал эмиссии какими-либо заслонками нельзя. Для ИИ такого типа был разработан анод, конструкция которого позволяет увеличивать на входе канала эмиссии различие угловых скоростей движения потоков заряженных и незаряженных частиц, с последующим разделением этих потоков в канале эмиссии и удалением неионизированных молекул разработанным методом дифференциальной откачки газа [11]. Такой анод показан на рисунке 3. Ионы и электроны из плазмы источника могут пройти на его выход только в том случае, если они не попадут на корпус анода. Нейтральные молекулы газа, сталкиваясь со стенками анода в конусном сужении 2 на входе канала эмиссии 3, увеличивают радиальную составляющую скорости своего движения. Значительная часть из них, попав в канал эмиссии 3, выходит за рамки, ограниченные размером его апертуры на выходе. Испытав серию соударений, такие молекулы будут удалены через канал откачки 4 при помощи вакуумного насоса 5. И только те из них, которые обладают малой радиальной составляющей движения, пройдут на выход источника. В диссертации выведена формула, показывающая зависимость потока газа Q на выходе ИИ с таким анодом от отношения радиусов, г - канала эмиссии 3 к ^ - канала откачки газа 4, рис.3.

где: к - показатель адиабаты газа; К - универсальная газовая постоянная; Т - температура газа; М - молекулярная масса газа; Р1, Р2, Р3 - давление газа на входе, внутри и на выходе канала эмиссии; I - длина канала; Г} - динамическая вязкость газа.

Ярко выраженная в формуле зависимость потока газа от отношения радиусов этих каналов демонстрирует перспективу предложенного метода Такой анод позволяет уменьшать поток газа из ИИ, работающих в любом частотном диапазоне генерации импульсов тока пучка Применение этого анода в дуоплазматроне, генерирующем непрерывный во времени пучок протонов, позволило в 3,5 раза сократить величину потока водорода на его выходе [12]

Кроме этих конструкций, в диссертации разработаны и другие аноды, позволяющие уменьшать поток остаточного газа из генераторов заряженных частиц

В диссертации разработаны физические способы уменьшения потока газа на выходе ИИ путем понижения давления рабочего газа в источнике Возникающее при этом уменьшение плотности молекул газа в электрическом разряде компенсируется либо за счет увеличения тока эмиссии электронов с катода, либо путем повышения эффективности ионизации рабочего газа электронами

На рисунке 4 показан разработанный многоцилиндровый безнакальный катод, эмиссионная способность которого увеличена за счет усиления эффекта полого катода [13] Применение такого катода в дуоплазматроне, генерирующем непрерывный во времени пучок протонов с током 15 мА, обеспечило двукратное уменьшение потока газа на выходе этого ИИ [ 12]

В полом безнакальном катоде, показанном на рисунке 5, эффект полого катода усилен путём формирования магнитного поля в полости цилиндра Магнитное поле способствует увеличению длины траекторий электронов, осциллирующих между стенками полости [14] Конструкция катода, усиливающего магнитное поле в зоне эмиссии электронов, была использована в дуоплазматроне ЛУ И-2 и способствовала увеличению в 1,4 раза тока пучка протонов в инжекторе на входе ускоряющей структуры ускорителя И-2 [5]

Рис 4. Многоцилиндровып катод

Поскольку предварительное возбуждение молекул и атомов газа облегчает процесс зажигания в нем электрического разряда, был разработан безнакальный катод с двумя электрически изолированными друг от друга электродами цилиндрической формы, показанный на рисунке 6 Каждый цилиндр катода соединён с отдельным источником электропитания Такой катод обеспечивает возбуждение газа в ИИ перед зажиганием основного разряда путем фор-

мирования короткого во времени электрического пробоя промежутка между цилиндрами. Применение этих катодов позволило в петь раз уменьшить поток газа на выходе дуоплазма-трона [15] Разработанный катод универсален, т. к. возможность формирования независимого электрического разряда между электродами позволяет использовать его для получения в источнике не только ионов газов, но и ионов металлов [16].

Совместное применение разработанных анодов и катодов в ИИ позволяет получить дополнительное уменьшение потока остаточного газа на его выходе, способствуя увеличению фазовой плотности тока и уменьшению фазового объёма инжектируемого пучка ионов.

В третьей главе диссертации показаны разработанные способы создания ИИ, в котором реализованы физические принципы, описанные в первой главе настоящей работы. Описано устройство и работа созданного универсального ИИ газов и металлов Поскольку это ИИ плазматронного типа и в нём используется мультипольное магнитное поле, в диссертации он получил название МП-дуоплазматрон. Показано, что такой ИИ может генерировать стабильные по амплитуде и форме импульсные пучки ионов широкого спектра металлов. Исследовано влияние конструкции его отдельных элементов на параметры инжектируемого пучка ионов и на примере сравнения основных параметров МП-дуоплазматрона с характеристиками дуоплазматрона ЛУ И-2. Показано, что этот ИИ по всем показателям в несколько раз превосходит возможности дуоплазматрона ускорителя И-2. Разработан инжектор 19-ти канального ускорителя протонов, и экспериментальным путём показано, что использование в инжекторе МП-дуоплазматрона позволяет в 6 раз увеличить ускоренный ускорителем ток пучка по сравнению с ИИ, имеющим конструкцию аналогичную дуоплазматрону ЛУ И-2.

На фотографии рисунка 7 показан разработанный универсальный источник ионов со снятым наружным магнитопроводом На рисунке 8 показана схема, поясняющая работу МП-дуоплазматрона. Как видно из этого рисунка, в ИИ установлен разработанный холодный двухцилиндровый катод 1, с электрически изолированными друг от друга электродами, каждый из которых соединен с отдельным блоком электропитания Б1, Б2 соответственно. Имеется цилиндрической формы промежуточный электрод 2.

Первый анод 6 источника выполнен в виде конуса, раскрывающегося в сторону катода Промежуточный электрод и первый анод соединены с блоками электропитания Б3, Б4 соответственно. Для уменьшения потока газа, вытекающего из ИИ, во втором аноде 7 установлен электромагнитный клапан 9, Рис 7. МП-дуоплазматрон

подвижная заслонка которого открывает канал эмиссии 8 только для выпуска ионов {15}.

Генерация ионов газов начинается с короткого во времени (1-3 мкс) электрического пробоя между цилиндрическими электродами катода Этот разряд возбуждает, частично ионизируя молекулы и атомы рабочего газа в области катода, и облегчает процесс формирования основного электрического разряда Основной разряд загорается между катодом 1 и вторым анодом 7 после подачи импульсов электрического напряжения от блоков электропитания Б2, Б3, Б4 на соединённые с ними электроды ИИ. Плазма основного разряда контрагируется электрическим полем, возникающим в конусном сужении первого анода 6, аналогично процессу, происходящему в конусном сужении промежуточного электрода дуо-плазматрона {16} Электроны, поступающие через апертуру в первом аноде источника в область второго анода, в которой отсутствует магнитное поле, ускоряются электрическим полем между первым и вторым анодами, ионизируют газ на выходе ИИ и образуют вторую ступень электрического разряда Из плазмы этой ступени производится отбор ионов в пучок Для повышения плотности плазмы на выходе ИИ приняты меры по увеличению плотности потока электронов, приходящих из начальной ступени электрического разряда Это увеличение достигается за счёт радиального сжатия плазмы в начальной ступени разряда радиальным электрическим полем, возникающим под действием разности электрических потенциалов между плазмой разряда и боковыми стенками промежуточного электрода и за счет действия мультипольного магнитного поля, формируемого магнитами 4, которые установлены на промежуточном электроде 2 Конфигурация силовых линий магнитного поля и распределение напряжённости этого поля в промежуточном электроде показаны на рисунке 9

В диссертации исследовано влияние конструкции катода источника, величины электрического потенциала на промежуточном электроде и влияние формы и величины мультипольно-го магнитного поля в прикатодной области промежуточного электрода на параметры пучка ионов, инжектируемого МП-дуоплазматроном. По результатам этих исследований создана конструкция ИИ, показанная на рис. 8. В такой архитектуре МП-дуоплазматрон обеспечил получение импульсного пучка протонов, ускоренного электрическим напряжением У=50 кВ, с величиной амплитудного тока 1Р=2,6 А и фазовой плотностью тока ^6 А/см-мрад, параметры которого приведены на рисунке 10. Конструкция ИИ, показанная на рис.8, рассматривается в диссертации как основная. Этот ИИ позволил получать импульсные пучки ионов не только водорода, но и других газов: Не с 1Р=2,3 А, Аг с 1р=1,7 А, Хе с 1Р=2,3 А

Для адаптации созданного ИИ к работе в ускорителях, имеющих малый аксептанс ускоряющих каналов, найдена конструкция первого анода, позволяющая уменьшать фазовый объём генерируемых источником пучков ионов при сохранении их высокой фазовой плотности тока. Форма такого первого анода и параметры пучка протонов на выходе модифицированного МП-дуоплазматрона с этим электродом показаны на рисунке 11.

В диссертации показано, что МП-дуоплазматрон способен в несколько раз уменьшить нагрузку неионизированным газом внешних систем ускорителя по сравнению с дуоплазматро-ном ЛУ И-2. Используя параметры ионных пучков, полученные в МП-дуоплазматронах с различной конструкцией первого анода, см. рис.8, рис.10, рис.11, в диссертации было проведено сравнение характеристик плазмы и пучков ионов, генерируемых МП-дуоплазматроном и дуоплазматроном ЛУ И-2. Результаты сравнительного анализа показаны в таблице 1.

В последней колонке приведены минимальные значения давлений водорода, при которых МП-дуоплазматроны и дуоплазматрон линейного ускорителя И-2 сохраняют свою работоспособность.

Таблица!. Параметры дуоплазматрона ускорителя И-2 и МП-дуоплазматрона

Тип ИИ Плотность Температура Эмиттанс Фазовая плотн, Min. раб

плазмы плазмы пучка тока пучка "Р"газа

(протоны) см-3 эВ см-мрад А/см-мрад ммрт. ст.

Дуоплазматрон

ускорителя И-2 7,2-1012 1,9 0,5 2,0 1,0

МП-дуоплазматроны

1-й анод-рис.8, 3,8-1013 1,8 0,44 6,0 0,6

1-й анод-рис. 11 3,6-1013 0,3 0,09 1,3

В таб.1 видно, что по своим характеристикам плазма МП-дуоплазматрона превосходит аналогичные параметры плазмы дуоплазматрона ускорителя И-2 и способна инжектировать пучки ионов с фазовой плотностью тока в три раз большей, чем дуоплазматрон.

При получении ионов металлов в МП-дуоплазматроне формируется трёхступенчатый электрический разряд, первой ступенью которого является сильноточный разряд MEWA, создаваемый посредством прямого пробоя в вакууме промежутка между цилиндрами катода. Примененный вариант зажигания электрического разряда отличается от работы известных источников MEWA, в которых электрический разряд возникает в результате пробоя промежутка между электродами по поверхности изолятора{14,17}. Предложенный способ формирования разряда MEWA путём прямого пробоя вакуумного промежутка и применённая конструкция катода, в которой изоляторы 3 в катоде 1, рис. 8, закрыты от прямого излучения плазмы, уменьшают повреждение поверхности изолятора электрическим разрядом и напылением на неё металла, увеличивая срок службы катода. Первая ступень электрического разряда MEWA используется для заполнения ИИ парами испаряемого металла катодных цилиндров. Последующие две ступени разряда формируются в МП-дуоплазматроне аналогично процессам, происходящим при получении ионов газа. Такое изменение типа электрического разряда обеспечило стабилизацию амплитуды и формы импульсов тока пучка при получении ионов металлов. На выходе ИИ, показанного на рис. 9, были получены пучки ионов различных металлов с токами Qu - Ip=1,8 A, Mo - Ip=1,2 A, Bi - Ip=1,5 А. Для изменения сорта генерируемых ионов достаточно заменить материал цилиндров в катоде источника. При переходе к получению ионов газов ИИ заполняют рабочим газом и изменяют режим электропитания его электродов. Параметры пучков ионов газов и металлов, полученных на выходе модифицированного варианта конструкции МП-дуоплазматрона с первым анодом, показанным на рис. 11, приведены в таблице 2. Для оценки эффективности работы ИИ с различными веществами в таб.2 приведён эквивалентный протонный ток этих пучков /, = -JÄT4 , где: А - масса иона в атомных единицах массы; зарядовое состояние иона).

Таблица 2. Параметры пучков ионов на выходе модифицированного МП-дуоплазматрона

Вещество Не Аг Хе А1 Си Мо Та Б1

Ток пучка 1Р=1,8 А (мА) 95 32 20 65 48 35 27 23

Фазовая плотность

тока (А/сммрад) 1,36 1,3 2,9 2,17 1,9 1,95 3,0 2,9

Эмиттанс пучка

(сммрад) 0,07 0,025 0,07 0,03 0,025 0,018 0,009 0,008

Эквивалентный?

протонный ток 1Э (мА) 190 200 230 340 380 340 360 330

Результаты проведённых экспериментов показали, что разработанные физические принципы, использованные в МП-дуоплазматроне, позволяют генерировать как пучки ионов газов и металлов с большим током и стабильными по амплитуде и форме импульсами, так и пучки этих элементов, отличающиеся малой величиной эмиттанса при сохранении высокой фазовой плотности тока.. Данные таб.2 показывают, что эффективность разработанного источника в режиме генерации ионов металлов выше, чем при получении ионов газов. По-видимому, это связано с более низким потенциалом ионизации металлов, чем газов.

В диссертации разработан инжектор для 19-ти канального ускорителя с асимметричной фазопеременной ускоряюще-фокусирующей системой (АФПФ). Для изучения влияния параметров пучка, генерируемого ИИ, на величину тока ускоренных в ускорителе ионов, МП-дуоплазматрон и дуоплазматрон, аналогичный дуоплазматрону ускорителя И-2, поочерёдно устанавливались в многолучевой ускоритель протонов, структурная схема которого показана на рисунке 12.

В ускорителе генераторами ионов служили дуоплазматрон и МП-дуоплазматрон поочерёдно (рис. 12 поз. 1). На выходе этих генераторов устанавливался один и тот же экспандер 2, позволяющий согласовывать диаметр инжектируемого источниками пучка протонов с размером первой трубки дрейфа ускоряющей структуры, имевшей радиус 35 мм. Для формирования пучка ионов с малым углом расходимости на входе ускоряющей структуры в ионной пушке использовалась двухэлектродная ИОС. Апертура электродов ИОС была затянута мел-

коячеистой сеткой из вольфрама согласно методике формирования пучков с малым углом расходимости {18} Первый электрод 4 ионной оптики был размещен на экспандере, электрически изолирован от него керамическим изолятором 3 и соединён с отдельным блоком электропитания (на рисунке этот блок не показан) Другой электрод 5 мог перемещаться вдоль продольной оси ускорителя и электрически был заземлён Источники ионов и блоки их электропитания размещались на подиуме (на рис 12 он не показан), имевшем электрический потенциал положительной полярности относительно земли, величину которого можно было регулировать в диапазоне от 0 до 70 кВ с шагом 2 кВ Ток ионного пучка на выходе ИОС измерялся при помощи индукционного датчика 6, не перекрывающего пучок Фазовые характеристики пучка регистрировались известным методом двух подвижных пластин со щелями и токоприемником, размещенных в камере 7 Величина полного тока пучка перед входом в ускоряющую структуру измерялась при помощи цилиндра Фарадея 8 Ток пучка, попадавший в каждый канал ускорителя, измерялся при помощи первого блока измерителей тока пучка 9, который состоял из 19-ти цилиндров Фарадея, диаметр каждого цилиндра был равен диаметру ускоряющего канала ВЧ структуры Цилиндр Фарадея 8 и 1-й блок измерителей тока пучка 9 могли выдвигаться на траекторию движения пучка ионов и уводиться с нее Ускорение протонов производилось в 19-ти каналах ускоряющей системы 10 Ускоряющая система имела длину 0,7 м и состояла из группирователя 11, согласующего канала 12, ускоряющей структуры 13, в которой возбуждалось электрическое поле с рабочей частотой 148,42 МГц, ускорявшее протоны до энергии 530 кэВ [2] Внешний вид ускоряющей структуры в корпусе показан на рисунке 13

Ток протонов, ускоренных в каждом ускоряющем канале, измерялся при помощи второго блока измерителей тока пучка 15, аналогичного по конструкции первому блоку 9 Для выделения на выходе ускоряющей структуры ионов с требуемой энергией между ускоряющей системой 10 и блоком 15 размещалась тонкая металлическая фольга 14 Эксперименты по ускорению ионов, генерируемых дуоплазматроном Рис. 13. 19-ти канальная ускоряющая структура

и МП-дуоплазматроном в многолучевом

ускорителе, описаны в [7] Характеристики ускорителя и результаты ускорения протонов приведены в таблице 3

Таблица 3. Рабочие параметры многолучевого ускорителя

Энергия ускоренных протонов 530 кэВ

Рабочая частота ускорения 148,6 МГц

Энергия инжекции Н+ в структуру 64 кэВ

Ток пучка Н+ в инжекторе сустановленным дуоплазматроном 0,65 А

Ускоренныйускорителем токН с применением дуоплазматрона 7 мА

Ток пучка Н+ в инжекторе с установленным МП-дуоплазматроном 0,45 А

Ускоренный ускорителем ток Нт с применением МП-дуоплазматрона 42 мА

Из таб.3 видно, что применение в ускорителе МП-дуоплазматрона позволило в 6 раз увеличить ускоренный ток протонов по сравнению с дуоплазматроном, конструкция которого аналогична ИИ, применяемому на ускорителе И-2.

В четвертой главе диссертации разработаны технические решения, использующие другие физические способы генерации сильноточных пучков ионов с малым фазовым объемом.

На рисунке 14 показано устройство дуоплазматрона, в котором нет магнитного поля. Увеличение плотности плазмы на выходе такого ИИ производится путём удержания плазменных электронов радиальным электрическим полем, создаваемым в области между плазмой электрического разряда и внутренней поверхностью трубки 3. Эта трубка установлена между промежуточным электродом 2 и анодом 5 ИИ и соединена с блоком электропитания БП [17].

На рисунке 15 приведена схема генератора ионов, электроды ИОС которого защищены от попадания в них ионов пучка. Электроны, приходящие из пучковой плазмы канала дрейфа замагничиваются на силовых линиях магнитного поля, конфигурация которого показана на рис. 15. Их пространственное распределение образует электрическое поле, отклоняющее ионы пучка к центральной продольной оси источника [18]. Фазовая плотность тока на выходе

такой ионнои пушки увеличивается за счет уменьшения концентрации частиц распыляемого пучком металла электродов ИОС на траектории движения ионов пучка.

На рисунке 16 показан источник заряженных частиц, позволяющий увеличивать в пучке на входе ускоряющей структуры процентное содержание ионов требуемого сорта. Это увеличение достигается путем разделения ионов в пучке по массе и заряду в процессе пролёта ими канала дрейфа [ 19]. Особенностью такого источника является то, что в нем отбор ионов из плазмы производится при помощи электрода 3, обладающего постоянным во времени электрическим потенциалом отрицательной полярности. Такой способ экстракции ионов из плазмы сохраняет стационарное положение границы плазмы при формировании модулирующим электродом 4 коротких во времени (0,3-1,0 не) импульсов тока пучка, см. [20]. Этот ИИ использовался для диагностики и улучшения качества пучка при ускорении ионов Хе+3 в ускорителе тяжелых ионов ТИПр-1 [8].

На рисунке 17 показан дуоплазматрон, у которого фазовая плотность тока инжектируемого пучка ионов увеличивается за счет удержания заряженных частиц в плазменном эмиттере ионов на выходе ИИ при помощи мультипольного магнитного поля сложной конфигурации [21]. Как видно на рис. 17, это поле формируется на периферии электрического разряда и не проникает в область плазмы, из которой производится отбор ионов в пучок.

!-корпус исмншсц 2-магнит 3-ютоды

Формирование однородной по составу низкотемпературной плазмы с высокой плотностью заряженных частиц на выходе источника ионов, показанного на рисунке 18, достигается за счёт отделения магнитным полем (магнитного фильтра) быстрых электронов прикатод-ной плазмы от области плазмы на выходе источника. Кроме того, для формирования плазмы

на выходе этого ИИ используются одновременно несколько электрических разрядов, горящих с катодов, которые максимально приближены к каналу эмиссии ионов, что повышает плотность ионов в плазме на выходе источника [22].

3. Основные результаты работы

1. Реализована конструкция дуоплазматрона, применение которого позволяет уменьшать поток газа на выходе ИИ в несколько раз по сравнению с дуоплазматроном ЛУ И-2, в результате установки в него разработанных анодов. Применение в этом дуоплазматроне анода с электромагнитным клапаном, использующим магнитную жидкость, позволило в 2 раза понизить величину потока газа, вытекающего из ИИ по сравнению с дуоплазматроном ускорителя И-2.

2. Разработана оригинальная конструкция другого электромагнитного клапана, предназначенного для генерации ионных пучков с большой частотой следования, в котором поступательное движение заслонки канала эмиссии заменено ее равномерным вращением вокруг собственной оси. Применение такого клапана в ИИ инжектора ускорительного комплекса нейтронного генератора ИТЭФ позволяет в несколько раз уменьшить нагрузку систем установки потоком газа, вытекающего из ИИ.

3. Впервые разработан способ разделения потоков заряженных и незаряженных частиц в канале эмиссии ионов с последующим удалением остаточного газа из этой области, позволяющий уменьшать поток газа, вытекающего из ИИ, работающих с любой частотой следования импульсов тока пучка, в т.ч. и в режиме генерации непрерывного во времени пучка ионов.

4 Разработаны оригинальные безнакальные одно и многоцилиндровые катоды, эмиссионная способность которых увеличена путем усиления эффекта полого катода. Применение такого катода в дуоплазматроне позволило, устойчиво генерировать непрерывный во времени пучок протонов с током до 20 мА, и в два раза уменьшить поток остаточного газа на выходе ИИ. Другой предложенный способ усиления эффекта полого катода, использующий магнитное поле в катодном узле и реализованный в дуоплазматроне, обеспечил трёхкратное уменьшение потока газа на выходе ИИ, позволил в 1,4 раза увеличить ток пучка в инжекторе ЛУ И-2.

5. Разработана оригинальная конструкция безнакального многоцилиндрового катода, состоящего из электрически изолированных друг от друга электродов, применение которого в дуо-плазматроне позволило в 5 раз уменьшить давление рабочего газа в разрядной камере (соответственно понизить поток газа на выходе ИИ) и генерировать в источнике не только ионы газов, но и ионы металлов.

6. Разработан новый физический способ формирования низкотемпературной плазмы с большой плотностью заряженных частиц в многоступенчатых электрических разрядах, в конеч-

ной ступени которых отсутствует магнитное поле. Предложена методика удерживания заряженных частиц в плазме начальных ступеней этих разрядов при помощи периферийного мультипольного магнитного и радиального электрического полей, непроникающих в разряд.

7. Впервые разработан способ, позволивший стабилизировать амплитуду и форму импульсов тока пучка ионов металлов, генерируемых в электрических разрядах МЕУУЛ, путем преобразования этих разрядов из одноступенчатых в многоступенчатые.

8. Изготовлен универсальный источник ионов, МП-дуоплазматрон, инжектирующий сильноточные пучки ионов газов и металлов с малой величиной фазового объема и со стабильными по амплитуде и форме импульсами тока пучка. При получении ионов газов применение МП-дуоплазматрона позволило получить пучки протонов с фазовой плотностью тока 6 А/см-мрад и фазовым объёмом 0,09 см-мрад, а также ионы других газов с величиной 1Р более 1 А, в режиме генерации ионов металлов, были получены пучки с токами от 1Р=1,2 А до 1Р=1,8 А.

Эксперименты, проведённые на ускорителях, И-2, ТИПр-1, многолучевом ускорителе с ФПФ и электростатических ускорителях ИТЭФ показали, что разработанные в диссертации физические способы и технические решения позволяют повышать фазовую плотность тока и уменьшать фазовый объём пучков ионов, генерируемых в источниках плазматронного типа и увеличивать ток ионов, ускоренных ускорителями различной конструкции.

9. Например, применение МП-дуоплазматрона в 19-ти канальном ускорителе с ФПФ позволило ускорить до энергии 530 кэВ пучок протонов с током 42 мА, что в 6 раз превышает ток ускоренных в этой установке ионов Н+, полученных в дуоплазматроне.

1. Список основных публикаций по теме диссертации.

[1] В.С. Артемов, А.И. Балабин, В. А. Баталин, А.Б. Зарубин, И.М. Капчинский Б. К. Кондратьев, В. В. Кушин, В. И. Турчин и др. Ускоритель тяжелых малозарядных ионов с пространственно-однородной квадрупольной фокусировкой на частоте 6 МГц // Вопросы Атомной Науки и Техники Серия техника физического эксперимента -1987 -Вып 3(34)-С. 5-7

[2] В.С. Артемов, НН Виноградский, В.Л. Ганелия, А.Ю. Дядин, АБ Зарубин, Б К Кондратьев, Г Н. Кропачев, В В Кушин, С Б Манусаджян, Н Н Миусов, И О Паршин, В И Турчин Многолучевой ускоритель протонов Препринт 22-96, ИТЭФ, Москва, 1996

[3] В.А. Баталин, Ю. Н. Волков, Б. К. Кондратьев, В. И. Турчин Дуоплазматрон как источник малозарядных тяжелых ионов для инжектора линейного ускорителя Труды Десятого Всесоюзного Совещания по Ускорителям Заряженных частиц ГК по ИАЭ СССР ОИЯИ Д 9-87-105 1987 г - Дубна -Том 2 -С 61-64

[4] A. A. Kolomiets, В. К. Kondratiev, V. I. Turchin Test ofDuoplasmatron with cold Cathode at

G W Operation Proceedings ofthe Partical Accelerator Conference Canada, Vancouver, May, 1997 IEEE - 1998 -P 2735

[5] Б. К. Кондратьев, В. С. Столбунов, В. И. Турчин Модернизация дуоплазматрона линейно-

го ускорителя И-2//Приборы и техника эксперимента - 2004 -№1 —С 39-42

[6] В. А. Баталии, Ю. Н. Волков, Б. К. Кондратьев, В. И. Турчин Источник ионов А С 1394271 СССР, 1988 ОИ Бюлл №17 1988

[7] Б. К. Коцдратьев, В. В. Кушин, С. В. Плотников, А. В. Турчин, В. И. Турчин Инжектор для

многолучевого ускорителя протонов // Приборы и техника эксперимента - 2004 - № 4 -С 5-13

[8] В. А. Баталин, Б. К. Кондратьев, А.П. Першуков, В. И. Турчин Ионно-оптическая система источника тяжёлых ионов для времяпролетных измерений // Приборы и техника эксперимента -1987 -№4 -С 34

[9] Б. К. Кондратьев, В. И. Турчин А.С №1384097 СССР, 1987

[10] Б. К. Коцдратьев, В. И. Турчин Уменьшение газового потока из дуоплазматрона //При-

боры и техника эксперимента -2000 -№1 -С 144

[11] Б. К. Кондратьев, В. И. Турчин Дуоплазматрон с малым потоком газа на выходе Патент

на изобретение РФ № 2170988,2001 Сборник Открытия Изобретения (ОИ) Бюлл №20 2001

[12] Б. К. Кондратьев, В. И. Турчин Получение непрерывных ионных пучков в дуоплазма-

троне с безнакальным катодом // Приборы и техника эксперимента - 2000 № 6 - С 68

[13]. Б.К. Коцдратьев, В.И. Турчин. Источник протонов для ускорителя. Препринт 51-92, ИТЭФ, Москва, 1992.

[14]. Б.К. Коцдратьев, В.И. Турчин. Источник ионов с эффектом полого катода. Патент на изобретение РФ №2231163,2004.

[15]. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Универсальный источник ионов с безнакальным катодом // Приборы и техника эксперимента. - 2002. - № 2. - С. 106.

[16]. Б.К. Кондратьев, В.В. Кушин, В.И. Турчин. Получение ионов металлов в источниках дуоплазматронного типа // Вопросы Атомной Науки и Техники. Серия: ядерно-физические исследования. -1989. - Вып. 5(5). - С. 96.

[17]. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Дуоплазматрон. Патент на изобретение РФ №2045103,1995. ОИ. Бюлл. №27.1995.

[18]. А.А. Коломиец, В.И. Турчин. Ионно-оптическая система с магнитной защитой электродов. Патент на изобретение РФ №2087986,1997. ОИ. Бюлл. №23.1997.

[19] ВА. Баталин, Б.К. Кондратьев, A.IL Першуков, В.И. Турчин. Импульсный источник ионов дуоплазматронного типа. А.С. №1484183 СССР, 1989.

[20]. В А. Баталин, Б.К. Кондратьев, АЛ. Першуков, В.И. Турчин. Времяпролётный метод контроля характеристик области формирования пучка и параметров пучка в ионном источнике линейного ускорителя. Препринт №148, ИТЭФ, Москва, 1982.

[21]. В.И. Турчин. Мультикасповый источник ионов с 2-х ступенчатым электрическим разрядом. Патент на изобретение РФ №2214016, 2003. ОИ. Бюлл. №28.2003.

[22]. А.А Коломиец, В И. Турчин, А.А Хромов. Источник ионов с периферийным магнитным полем. Патент на изобретение РФ №2114482, 1998. ОИ. Бюлл. №18. 1998.

5. Список цитируемой литературы.

{1}. В.М. Быстрицкий, А.Н. Диденко. Мощные ионные пучки. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

{2}. М.Ф. Ворогушин, А.Г. Гальчук, В.В. Кушин и др.. Особенности источников нейтронов для BNCT на основе компактных линейных и циклических ВЧ ускорителей // Мед. Фи зика. Техника, биология, клиника. Журнал ассоциации мед. Физики в России. -1995. -№2. - С. 48.

{3}. Г.Н. Флеров, П.Ю. Апель, А.Ю. Дидык и др.. Использование ускорителей тяжёлых ионов для изготовления трековых мембран // Атомная энергия. -1989. - Вып. 4. - Т. 67. -С. 274.

{4}. М.М. Данилов, Ю.Д .Катаржнов, В.В. Кушин и др.. Эксперименты для разработки метода дистанционной идентификации делящихся и других веществ // Атомная энергия. -1994. - Вьш. 6. - т. 77. - С. 424.

{5}. Л.И. Аристов, А.Н. Владимиров, В.В. Кушин и др.. Радиационный мониторинг космического пространства пучками заряженных частиц // Инженерная экология. - 2001. -№З.С. 11.

{6}. В.В. Владимирский, И М. Капчинский, ВА Тепляков. Линейный ускоритель ионов. А.С. №265312 СССР. Бюлл. ОИПТЗ. 1970. № 10. С. 75.

{7}. В.В. Кушин, Б.П Мурин, П.А. Федотов. Многопучковый ускоритель тяжёлых ионов с фазопеременной фокусировкой // Приборы и техника эксперимента. -1981. - №2. -С.25.

{8}. И.М. Капчинский. Теория линейных резонансных ускорителей. - М.: Энергоиздат, 1982. -С. 5-7.

{9}. В.А. Баталии, Б.К. Кондратьев, В.И. Могучев и др.. Линейный ускоритель протонов И-2, подготовка форинжектора к пуску и основные характеристики пучка на выходе форин-жектора//Приборы и техника эксперимента. - 1967. - № 5. - С. 60.

{10}. И.Б. Барсуков, А.И. Балабин, ВА. Бомко и др.. Ускорительный комплекс тяжёлых ионов для промышленного производства трековых мембран. - Труды 14 Совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, Аннотации докладов, 1994, с. 154.

{11}. В.А. Баталии, Б.К. Кондратьев, А.А. Коломиец и др.. Дуоплазматрон с холодным катодом // Приборы и техника эксперимента. - 1975. - № 2. - С. 21-23.

{12}. Ускорительный комплекс нейтронного генератора ИТЭФ. Техно-рабочий проект, том П, сборочные чертежи, раздел 6.1., И10547000СБ. Источник ионный. ГНЦ РФ ИТЭФ, Москва.

{13}. ВА. Баталии, А.А. Коломиец, Б.К. Кондратьев. Препринт №97, ИТЭФ, Москва, 1979.

{14}. Я. Браун. Физика и технология источников ионов. -М.: Мир, 1998. С.163-175.

{15}. В.А. Баталии, А.А. Коломиец, Б.К. Кондратьев и др.. Импульсный источник ионов. А.С. №431576 СССР, бюл. ОИПТЗ, №21, с. 174,1974.

{16}. М.Д. Габович. Физика и техника плазменных источников ионов. М.: Атомиздат, 1972. - С. 304.

{17}. Вакуумные дуги; под ред. Дж. Лафферти. - М.: Мир, 1982. С. 163-165.

{18}. А.Т. Форрестер. Интенсивные ионные пучки. -М.: Мир, 1992. С. 73.

»--552

Подписано в печать 24.12.2004 г. Формат 60 х 90/16. Объем 1 пл. Тираж 70 экз. Заказ № 2211041

Оттиражировано на ризографе в «ИП Гурбанов Сергей Талыбович» Св. о регистрации № 304770000207759 от 09 июня 2004 года Москва, Доброслободская ул., 10, стр. 5

Введение.

Глава 1. Генерация пучков ионов с большой фазовой плотностью тока и малой величиной фазового объёма.

1.1. Современное состояние методов генерации источниками ионов сильноточных пучков с малым фазовым объёмом.

1.2. Физические принципы увеличения фазовой плотности тока пучка на выходе источников ионов с электрическим разрядом.

1.3. Плазменный эмиттер для генерации сильноточных пучков ионов с большой фазовой плотностью тока и малым фазовым объёмом.

Глава 2. Уменьшение потока неионизированного газа на выходе генератора заряженных частиц.

2.1. Регулировка потока газа в канале эмиссии анода.

2.2. Применение безнакальных катодов для уменьшения потока газа в режимах генерации импульсных и непрерывных пучков ионов.

Глава 3. Разработка источника ионов плазматронного типа с мультипольным магнитным полем.

3.1 Физические принципы генератора ионов.

3.2. Устройство и работа источника ионов.

3.3. Особенности конструкции МП-дуоплазматрона, параметры плазмы и характеристики пучков, генерируемых источником.

3.4. Получение ионов металлов в источнике с мультипольным магнитным полем.

3.5. Источник с мультипольным магнитным полем в многолучевом ускорителе ионов.

Глава 4. Другие способы увеличения фазовой плотности тока пучка на выходе источников заряженных частиц.

Диссертация посвящена решению задач формирования пучков ионов с большой фазовой плотностью тока, предназначенных для сильноточных ускорителей заряженных частиц.

Такие ускорители широко используются в различных областях науки и техники [1]. В технологиях, связанных с медициной [2], производством новых материалов [3], обнаружением и мониторингом делящихся веществ [4], построением ускорительных комплексов (драйверов) для управляемого термоядерного синтеза, обладающих гигантской импульсной мощностью [5], исследованием космоса [6] требуются сильноточные ускорители, способные ускорять ионы до высоких энергий.

При построении подобных установок необходимо решать задачи как по обеспечению большой пропускной способности ускоряющих структур, так и по достижению вырокого темпа ускорения заряженных частиц.

Во многом трудности, связанные с увеличением пропускной способности ускоряющих секций сильноточных ускорителей, удалось решить с открытием принципа пространственно-однородной квадрупольной фокусировки (ПОКФ) [7]. Наиболее высокий темп ускорения достигнут в ускорителях с фазопере-менной фокусировкой (ФПФ). Применение многолучевых ускорителей такого типа позволяет ускорять сильноточные пучки ионов [8].

Для изучения вопросов, связанных с прохождением сильноточного пучка через ускоряющие секции, в ИТЭФ был разработан и запущен в эксплуатацию прототип начальной части ускорительного комплекса тяжёлых ионов, предназначенного для изучения проблем инерционного термоядерного синтеза - линейный ускоритель тяжёлых ионов с пространственно-однородной фокусировкой ТИПр-1 [9]. Проблемы, связанные с достижением высокого темпа одновременного ускорения нескольких пучков, изучались на ускорителе протонов с многоапертурной ускоряющей структурой. В этом ускорителе ионы ускорялись высокочастотным (ВЧ) электрическим полем, и использовался принцип фазопеременной фокусировки [10]. Источником ионов (ИИ) в многолучевом ускорителе протонов служил дуоплазматрон с безнакальным катодом [11]. Такой ИИ обеспечивает работу линейного ускорителя «И-2», являющегося инжектором протонного синхротрона ИТЭФ, на котором проводятся работы по увеличению тока ускоряемого пучка. Модифицированный вариант дуоплазматрона

9 +4 использовался при ускорении ионов Хе иХе в ускорителе ТИПр-1 [12].

Результаты теоретических [13] и экспериментальных исследований, проведённых в ИТЭФ на упомянутых выше установках [9, 14], показали, что для дальнейшего увеличения тока ускоренного пучка требуются источники ионов, способные генерировать пучки с большим током и малой величиной эмиттанса.

Целью диссертации является разработка физических способов и технических решений, позволяющих увеличивать фазовую плотность тока и уменьшать фазовый объём пучков, извлекаемых из источников ионов плазматронного типа с электрическим разрядом, и генерировать в них ионы газов и металлов.

Этот тип источников выбран для разработки потому, что они генерируют сильноточные пучки с большим количеством ионов и удовлетворяют условию применения в перечисленных выше ускорителях. Такие ИИ представляют интерес, для решения проблем термоядерного синтеза.

Обобщим факторы, влияющие на достижение поставленной цели:

• Наличие остаточного газа на траектории движения ускоренного пучка ионов приводит к потере тока пучка в результате перезарядки и рассеяния его ионов на молекулах и атомах газа. Кроме того, ускоренные частицы, ионизируя молекулы остаточного газа, образуют в области дрейфа пучка вторичную плазму, электрические поля и плазменные колебания которой увеличивают фазовый объём проходящего ансамбля заряженных частиц. Перечисленные эффекты препятствуют получению сильноточных пучков ионов с большой фазовой плотностью тока и малой величиной эмиттанса [13, 15]. Практика эксплуатации линейного ускорителя И-2 показала, что основной компонентой остаточного газа на траектории движения пучка заряженных частиц является неионизированный газ, вытекающий из генератора плазмы [11]. Эксперименты, проведённые на этом ускорителе, свидетельствуют о том, что уменьшение потока остаточного газа на выходе дуоплазматрона приводит к повышению фазовой плотности тока пучка протонов в инжекторе и увеличению ускоренного тока пучка на выходе ускорителя И-2 [16]. Таким образом, понижение потока остаточного газа, вытекающего из источника ионов, является важным фактором увеличения фазовой плотности тока пучка при получении ионов газов. Максимальная величина плотности тока в пучке заряженных частиц, которую может обеспечить плазменный эмиттер, зависит от плотности плазмы в нём [17]. Эмиттанс инжектируемых ионных пучков увеличивается с ростом температуры эмиттера [15, С. 286]. Величина и форма фазового объёма пучка, экстрагируемого из плазмы, связаны с состоянием и формой поверхности эмиссии ионов, которые зависят от уровня шумов в плазме [18]. С учётом перечисленных факторов для увеличения фазовой плотности тока пучка необходимо формировать на выходе источника ионов плазму с низким уровнем собственных шумов, высокой плотностью заряженных частиц и малой температурой ионов. Среди существующих методов повышения плотности плазмы на выходе ИИ плазматронного типа выделим генерацию плазмы в двухступенчатом электрическом разряде, в котором плазма первой ступени является эмиттером электронов для формирования на выходе источника ионов второй ступени разряда [19]. Представителем таких источников являются дуоплазматроны. Практически во всех ИИ с двухступенчатым электрическим разрядом для повышения плотности плазмы применяют магнитное поле. Наличие магнитного поля на выходе дуоплазматронов приводит к росту температуры и шумов в плазме, что способствует увеличению фазового объёма и уменьшению фазовой плотности тока инжектируемого пучка ионов. Источники ионов без магнитного поля (ИБМ источники), в которых плазма образуется при горении электрической дуги в газе, характеризуются ма-лошумящей (спокойной), низкотемпературной плазмой, они способны инжектировать пучки ионов с малой величиной эмиттанса [20]. Но отсутствие в таких генераторах ионов специальных механизмов удержания заряженных частиц в электрическом разряде приводит к уменьшению плотности плазмы, понижая эффективность использования электрической мощности и рабочего газа в ИИ. Тем не менее, ИБМ показывает, что электрические разряды, в плазме которых нет магнитного поля, позволяют формировать пучки ионов с малым фазовым объёмом. • Для получения ионов металлов широко используют способ генерации плазмы в вакуумной дуге электрического разряда, горящего в парах металла (metal vapor vacuum arc), реализуемый в источниках MEVVA [21]. Пучки ионов, инжектируемые такими источниками, характеризуются большой нестабильностью амплитуды и формы импульсов тока как во время горения электрического разряда, так и от импульса к импульсу. Проведённое обобщение показывает, что известны методики, позволяющие увеличивать фазовую плотность тока пучка при получении ионов газов, и, что широкому применению разрядов MEVVA для инжекции ионов металлов в ускоритель заряженных частиц препятствует низкая стабильность амплитуды и формы генерируемых импульсов тока пучка. В выбранном для разработки классе ИИ в настоящее время отсутствует метод, позволяющий объединить в одном источнике возможности существующих методик.

Для генерации сильноточных пучков ионов газов и металлов с малым фазовым объёмом в диссертации требовалось решить следующие задачи:

• Разработать способы и технические решения, позволяющие уменьшить поток неионизированного газа, вытекающего из ИИ, и проверить их на действующих ускорителях и генераторах заряженных частиц.

• Разработать способ формирования низкотемпературной плазмы с высокой плотностью заряженных частиц, используя многоступенчатые электрические разряды, в которых отсутствует магнитное поле. Создать ИИ плазма-тронного типа с безнакальным катодом, в котором используется многоступенчатый электрический разряд с высокой плотностью плазмы в начальных ступенях и отсутствием магнитного поля в конечной ступени разряда на выходе источника. В диссертации этот ИИ получил название МП-дуоплазматрон, поскольку он является источником плазматронного типа и в нём применяется мультипольное магнитное поле, не проникающее в плазму электрического разряда.

• Разработать безнакальный катод, позволяющий формировать в МП-дуоплазматроне двух и трёх ступенчатые электрические разряды различного типа, и генерировать пучки ионов газов и металлов без изменения конструкции источника. На действующих ускорителях проверить возможность ин-жекции из плазмы многоступенчатых разрядов MEVVA, полученных в МП-дуоплазматроне с таким катодом пучков ионов различных металлов с большой фазовой плотностью тока, малой величиной эмиттанса и стабильными по амплитуде и форме импульсами тока.

• Разработать инжектор ускорителя протонов для 19-ти апертурной ускоряющей структуры с ФПФ, в котором генераторами ионов являются дуоплазма-трон, аналогичный по конструкции ИИ, установленному на ускорителе И-2, и МП-дуоплазматрон. Провести эксперименты по ускорению пучков, генерируемых этими ИИ в разработанном ускорителе.

• На действующих ускорителях показать, что разработанные способы и технические решения позволяют увеличивать ускоряемый в них ток ионов. Структура настоящей работы составлена таким образом, что в первой главе рассмотрены актуальность и предпосылки для генерации пучков ионов с большой фазовой плотностью тока и малой величиной фазового объёма. Проведён обзор современного состояния методов генерации сильноточных пучков ионов газов и металлов с малой величиной фазового объёма. Определён класс источников заряженных частиц, для которого будут решаться поставленные задачи. Разработаны способы увеличения фазовой плотности тока ионов, уменьшения эмиттанса пучка и генерации ионов металлов в источниках плазматронного типа с электрическим разрядом. Путём аналитических расчётов оценена возможность реализации этих способов в плазменном эмиттере ионов. Показано, что плазма в таком эмиттере способна обеспечить генерацию пучков ионов, фазовая плотность тока в которых более чем в три раза превышает аналогичную характеристику ионного пучка на выходе дуоплазматрона ускорителя И-2.

Во второй главе показана актуальность уменьшения потока неионизирован-ного газа, вытекающего из генератора ионов. Представлены способы, разработанные для этой цели и созданные на их основе конструкции катодов и анодов. Приведены результаты опытов на действующих ускорителях, подтверждающие способность таких катодов и анодов работать в ИИ, генерирующих импульсные и непрерывные во времени пучки. Показано, что применение этих разработок приводит к росту тока ионов, инжектируемых ИИ в ускоритель.

Третья глава посвящена описанию конструкции и особенностям работы МП-дуоплазматрона. Приведены результаты экспериментов по генерации в МП-дуоплазматроне ионов газов и металлов. На основе полученных результатов рассчитаны параметры плазмы в экспериментальном источнике. Проведено сравнение характеристик ионных пучков и параметров плазмы, генерируемых МП-дуоплазматроном и дуоплазматроном ускорителя И-2. В диссертации возможности разработанных источников ионов сравниваются с характеристиками дуоплазматрона ускорителя И-2, являющегося ярким представителем сильноточных ИИ, удовлетворяющих строгим требованиям инжекции пучка в ускорители различного типа. Описаны эксперименты по ускорению пучков протонов, генерируемых МП-дуоплазматроном и дуоплазматроном в многолучевом ускорителе с ФПФ [22].

В четвёртой главе показаны возможности получения сильноточных пучков ионов с малой величиной эмиттанса не только в многоступенчатом электрическом разряде и за счёт уменьшения потока неионизированного газа на выходе генератора заряженных частиц, но и другими разработанными способами. Предложены ИИ, реализующие эти разработки.

В заключении приведены результаты решения поставленных задач. Показана перспектива применения проведённых разработок.

Научная новизна диссертации заключается в том, что:

• Разработан оригинальный способ уменьшения потока газа из ИИ, работающего с импульсными и непрерывными во времени пучками ионов, не перекрывая канал эмиссии. В этом способе реализовано разделение в канале эмиссии потоков заряженных частиц и нейтрального газа с последующим удалением нейтралов из канала эмиссии.

• Разработан способ усиления эмиссионной способности полых безнакаль-ных катодов за счёт формирования магнитного поля в полости катодов.

• Предложено стабилизировать амплитуду и форму импульсов тока пучков ионов металлов, инжектируемых плазмой одноступенчатых электрических разрядов MEVVA, путём их структурирования в многоступенчатые разряды.

• Разработан новый способ получения низкотемпературной плазмы с большой плотностью заряженных частиц в многоступенчатых электрических разрядах. В плазме конечной ступени этих разрядов отсутствует магнитное поле, а плотность плазмы в начальных ступенях увеличивается за счёт удержания её заряженных частиц при помощи мультипольного магнитного поля, не проникающего в разряд.

Практическая ценность диссертации заключается в следующем: А. Разработаны способы усиления эффекта полого катода, которые были реализованы в различных конструкциях безнакальных катодов. Применение таких катодов позволило в несколько раз уменьшить рабочее давление газа в ИИ и обеспечить устойчивую генерацию дуоплазматроном непрерывного во времени пучка протонов с током 20 мА [23]. В результате модернизации дуоплазматрона ускорителя И-2, в котором использовался катод аналогичного типа, повысилась надёжность работы ускорителя и ток пучка протонов, инжектируемого источником на вход ускоряющей структуры, возрос с 0,7 до 1 А. Фазовый объём пучка остался неизменным [24].

Б. Разработаны аноды, позволяющие уменьшить поток неионизированного газа на выходе из источника ионов как в импульсном режиме генерации ионов, так и при работе с непрерывным во времени пучком заряженных частиц. Эти аноды нашли применение в различных ускорителях ионов. ИИ с регулируемой газовой проводимостью канала эмиссии и канала напуска рабочего газа применялся в ускорителе тяжёлых ионов [25]. Другой анод, с вращающейся заслонкой, которая перекрывает канал эмиссии, является базовой конструкцией ИИ ускорительного комплекса нейтронного генератора ИТЭФ [26]. В. Разработан и создан универсальный источник ионов плазматронного типа с двух и трёхступенчатыми электрическими разрядами различного вида и муль-типольным магнитным полем, не проникающим в плазму разряда. Источник способен оперативно переходить из режима генерации сильноточных пучков ионов газов в режим получения ионов металлов и обратно без изменения конструкции. Ионные пучки на выходе МП-дуоплазматрона отличаются высокой фазовой плотностью тока, малой величиной эмиттанса, стабильной повторяемостью амплитуды и формы импульсов тока. Применение МП-дуоплазматрона в многолучевом ускорителе ионов с ФПФ позволило увеличить ток ускоренного пучка протонов более чем в 6 раз по сравнению с дуоплазматроном, по конструкции аналогичным ИИ, установленному на ускорителе И-2 [22]. Г. Показаны перспективные способы увеличения фазовой плотности тока в пучке ионов и разработаны конструкции ИИ, позволяющие генерировать сильноточные пучки ионов с малой величиной эмиттанса. Один из таких ИИ применялся на ускорителе ТИПр-1 для ускорения ионов ксенона [27].

К защите представляются:

1. Разработанные конструкции источников ионов, позволяющие уменьшать поток вытекающего из них неионизированного газа.

2. Разработанный МП-дуоплазматрон, генерирующий сильноточные пучки ионов металлов и газов, фазовая плотность тока протонов в которых достигает 6 А/см-мрад, фазовый объём равен 0,09 см-мрад.

3. Разработанный безнакальный катод, применение которого позволяет формировать в ИИ без изменения его конструкции многоступенчатые электрические разряды различного типа, получать на выходе источника стабильные по амплитуде тока и форме импульсов пучки ионов газов и металлов и уменьшать поток вытекающего из него газа.

4. Результаты применения разработанных источников ионов в ускорителях заряженных частиц.

Основные конструкторские разработки, результаты и выводы, включённые в диссертацию, докладывались и обсуждались на международных и всесоюзных конференциях и семинарах по ионным источникам и ускорителям заряженных частиц и других совещаниях. Работы были представлены на Всесоюзном семинаре по физике быстротекущих процессов в плазме (г. Гродно, октябрь, 1986 г.), 10-м Всесоюзном совещании по ускорителям заряженных частиц (г. Дубна, октябрь, 1986 г.), на 11-м Всесоюзном семинаре по линейным ускорителям (г. Харьков, июнь, 1989 г.), на 10-м Всесоюзном семинаре по физике и технике интенсивных источников и ионных пучков (г. Киев, май, 1990 г.), на 12-м Всесоюзном совещании по ускорителям заряженных частиц (г. Москва, ИТЭФ, октябрь, 1990 г.), на Международной конференции по ускорителям заряженных частиц (Канада, г. Ванкувер, май, 1997 г.), на 51-й Международной конференции по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра (Нижегородская область, г. Саров, сентябрь, 2001 г.). Представленные в диссертации разработки защищены 12-ю авторскими свидетельствами и патентами на изобретение.

Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения. Общий объём диссертации составляет 110 страниц, в том числе 28 рисунков и библиография, включающая 69 наименований.

Заключение.

Целью диссертации являлась разработка физических способов и технических решений, позволяющих увеличивать фазовую плотность тока и уменьшать фазовый объём пучков, извлекаемых из источников ионов плазматронного типа с электрическим разрядом, и генерировать в них ионы газов и металлов.

Разработка способов и устройств, позволяющих получать на выходе ИИ стабильные по амплитуде тока и форме импульсов сильноточные пучки ионов газов и металлов с малым значением эмиттанса, была проведена по двум направлениям. 1. Путём уменьшения потока неионизированного газа, вытекающего из генератора ионов. 2. За счёт формирования на выходе источника низкотемпературной плазмы с большой плотностью заряженных частиц. Возможность совместного применения этих способов расширяет перспективу создания ИИ, инжектирующих сильноточные пучки с малой величиной фазового объёма.

Уменьшение потока неионизированного газа, вытекающего из ИИ, было достигнуто как за счёт регулирования величины этого потока в канале эмиссии анода, так и путём уменьшения давления рабочего газа в источнике.

Для уменьшения потока газа в канале эмиссии были разработаны:

1. Конструкция дуоплазматрона, применение которого позволяет уменьшать поток газа на выходе ИИ в несколько раз по сравнению с дуоплазматроном ускорителя И-2, в результате установки в него разработанных анодов с различными типами электромагнитных клапанов. Применение в этом дуоплазматроне анода с электромагнитным клапаном, использующим магнитную жидкость, позволило в 2 раза понизить величину потока газа, вытекающего из ИИ по сравнению с дуоплазматроном ускорителя И-2.

2. Оригинальная конструкция другого электромагнитного клапана, предназначенного для генерации ионных пучков с большой частотой следования, в котором поступательное движение заслонки канала эмиссии заменено её равномерным вращением вокруг собственной оси. Применение такого клапана в ИИ инжектора ускорительного комплекса нейтронного генератора ИТЭФ позволяет в несколько раз уменьшить нагрузку систем установки потоком газа, вытекающего из генератора ионов.

3. Впервые разработан способ разделения потоков заряженных и незаряженных частиц в канале эмиссии ионов с последующим удалением остаточного газа из этой области, позволяющий уменьшать поток газа, вытекающего из ИИ, работающих с любой частотой следования импульсов тока пучка, в т.ч. и в режиме генерации непрерывного во времени пучка ионов.

4. Разработаны оригинальные безнакальные одно и многоцилиндровые катоды, эмиссионная способность которых увеличена путём усиления эффекта полого катода. Применение такого катода в дуоплазматроне позволило устойчиво генерировать непрерывный во времени пучок протонов с током до 20 мА, и в два раза уменьшить поток остаточного газа на выходе ИИ. Другой предложенный способ усиления эффекта полого катода, использующий магнитное поле в катодном узле и реализованный в дуоплазматроне, обеспечил трёхкратное уменьшение потока газа на выходе ИИ, позволил в 1,4 раза увеличить ток пучка в инжекторе ЛУ И-2, что способствовало увеличению ускоренного тока протонов на выходе ускорителя И-2.

5. Разработана оригинальная конструкция безнакального многоцилиндрового катода, с электрически изолированными друг от друга электродами, применение которого в дуоплазматроне позволило в 5 раз уменьшить давление рабочего газа в разрядной камере ИИ (соответственно уменьшив поток газа на его выходе) и генерировать в источнике не только ионы газов, но и ионы металлов.

Экспериментальная проверка показала* что применение этих разработок позволяет в 5-7 раз уменьшать поток остаточного газа на выходе ИИ и работать с импульсными и непрерывными во времени пучками ионов.

Для формирования на выходе^ ИИ низкотемпературной плазмы с большой плотностью заряженных частиц были разработаны:

6. Новый физический способ генерации такой плазмы в многоступенчатых электрических разрядах, в конечной ступени которых отсутствует магнитное поле. Предложена методика удерживания заряженных частиц в плазме начальных ступеней этих разрядов при помощи периферийного мультипольного магнитного и радиального электрического полей, непроникающих в разряд.

7. Впервые разработан способ, позволивший стабилизировать амплитуду и форму импульсов тока пучка ионов металлов, генерируемых в электрических разрядах MEVVA, путём преобразования этих разрядов из одноступенчатых в многоступенчатые.

8. Изготовлен универсальный источник ионов, МП-дуоплазматрон, инжектирующий сильноточные пучки ионов газов и металлов с малой величиной фазового объёма и стабильными по амплитуде и форме импульсами тока пучка. При получении ионов газов применение МП-дуоплазматрона позволило получить пучки протонов с фазовой плотностью тока 6 А/см-мрад и фазовым объёмом 0,09 см-мрад, а также пучки ионов других газов с величиной тока 1р более 1 А, в режиме генерации ионов металлов были получены пучки с токами от Ip=l,2 А до 1р=1,8 А. Применение МП-дуоплазматрона в 19-ти канальном ускорителе с ФПФ позволило ускорить до энергии 530 кэВ пучок протонов с током 42 мА, что в 6 раз превышает ток ускоренных в этой установке ионов ЬГ, полученных в дуоплазматроне

Эксперименты, проведённые на ускорителях И-2, ТИПр-1, многолучевом ускорителе с ФПФ и электростатических ускорителях ИТЭФ показали, что разработанные в диссертации физические способы и технические решения позволяют повышать фазовую плотность тока и уменьшать фазовый объём пучков ионов, генерируемых в источниках плазматронного типа и увеличивать ток ионов, ускоренных ускорителями различной конструкции.

104

1.. В.М. Быстрицкий, А.Н. Диденко. Мощные ионные пучки. - М.: Энергоатом-издат, 1984.

2. Г.Н. Флеров, П.Ю. Апель, А.Ю. Дидык, В.И. Кузнецов, Р.Ц. Оганесян. Использование ускорителей тяжёлых ионов для изготовления трековых мембран // Атомная энергия. 1989. - Вып. 4. - Т. 67. - С. 274.

3. М.М. Данилов, Ю.Д, Катаржнов, В.В. Кушин, В.Г. Недопекин, С.В. Плотников, В.И. Рогов, И.В. Чувило. Эксперименты для разработки метода дистанционной идентификации делящихся и других веществ // Атомная энергия. 1994.-Вып. 6.-т. 77. - С. 424.

4. Д. Дюдерштадт, И. Мозее. Инерционный термоядерный синтез. М.: Энер-гоиздат, 1984.

5. Л.И. Аристов, А.Н. Владимиров, В.В. Кушин, Н.А. Лень, О.В. Михеев, С.В. Плотников, Л.С. Новиков. Радиационный мониторинг космического пространства пучками заряженных частиц // Инженерная экология. 2001. -№3. С. 11.

6. В.В. Владимирский, И.М. Капчинский, В.А. Тепляков. Линейный ускоритель ионов. А.С. №265312 СССР. Бюл. ОИПТЗ. 1970. № 10. С. 75.

7. В.В. Кушин, Б.П. Мурин, П.А. Федотов. Многопучковый ускоритель тяжёлых ионов с фазопеременной фокусировкой // Приборы и техника эксперимента. 1981. - №2. - С. 25.

8. V. Ganelin, V. Kushin, N. Nesterov et. All. Multichannel Alternating Phase Focusing Structure for Light Ion Resonant Linac. 5th Europen Partical Accelerator Conference. Abstract, Barselona, 1996, p. 157.

9. B.A. Баталии, Б.К. Кондратьев, А.А. Коломиец, Р.П. Куйбида. Дуоплазма-трон с холодным катодом // Приборы и техника эксперимента. 1975. -№2.-С. 21-23.

10. И.М. Капчинский. Теория линейных резонансных ускорителей. М.: Энергоиздат, 1982. - С. 6-7.

11. А.И. Балабин, Н.Н. Виноградский, А.Ю. Дядин, А.Б. Зарубин, B.C. Кабанов, Г.Н. Кропачев, Б.К. Кондратьев, В.В. Кушин, С.Б. Манусаджян, Н.М. Миусов, С.В. Плотников, В.И. Турчин, С.Б. Угаров. Отчет Т-8341, М., 1988.

12. С.И. Молоковский, А.Д. Сушков. Интенсивные электронные и ионные пучки. М.: Энергоатомиздат, 1991. - С. 131.

13. В.А. Баталин, А.А. Коломиец, Б.К. Кондратьев, Р.П. Куйбида . Ионный источник с импульсным выпуском газа // Приборы и техника эксперимента. 1978. - №3. - С. 35-37.

14. А.Т. Форрестер. Интенсивные ионные пучки. М.: Мир, 1992. С. 73.

15. М.Д. Габович, Н.В. Плешивцев, Н.Н. Семашко. Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей. М.: Энергоатомиздат, 1986. С. 7-15.

16. Я. Браун. Физика и технология источников ионов. М.: Мир, 1998. С. 163-175.

17. Н.Н. Семашко, А.Н. Владимиров, В.В. Кузнецов и др. Инжекторы быстрых атомов водорода. М.: Энергоиздат, 1981. С. 57-88.

18. Вакуумные дуги, под ред. Дж. Лафферти. М.: Мир, 1982. С. 163-165.

19. Б.К. Кондратьев, В.В. Кушин, С.В. Плотников, А.В. Турчин, В.И. Турчин Инжектор для многолучевого ускорителя протонов // Приборы и техника эксперимента. 2004. - № 4. - С. 5-13.

20. A.A. Kolomiets, В.К. Kondratiev, V.I. Turchin. Test of Duoplasmatron with cold Cathode at G W Operation. Proceedings of the Partical Accelerator Conference. Canada, Vancouver, May, 1997. IEEE. 1998. - P. 2735.

21. Б.К. Кондратьев, B.C. Столбунов, В.И. Турчин. Модернизация дуоплазматрона линейного ускорителя И-2 // Приборы и техника эксперимента. -2004.-№1.-С. 39-42.

22. В.А. Баталин, Ю.Н. Волков, Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Источник ионов. А.С. 1394271 СССР, 1988. ОИ. Бюлл. №17. 1988.

23. Ускорительный комплекс нейтронного генератора ИТЭФ. Техно-рабочий проект, том П, сборочные чертежи, раздел 6.1., И10547000СБ. Источник ионный. ГНЦ РФ ИТЭФ, Москва.

24. В.А. Баталин, Б.К. Кондратьев, А.П. Першуков, В.И. Турчин. Ионно-оптическая система источника тяжёлых ионов для времяпролётных измерений // Приборы и техника эксперимента. 1987. - №4. - С. 34.

25. И.М. Капчинский. Динамика частиц в линейных резонансных ускорителях. М.: Атомиздат, 1966. - С. 5,245-249.

26. Н.Н. Куторга, B.C. Севастьянова, В.А. Тепляков. Ионная пушка с высокой яркостью пучка. Сборник трудов второго Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. 1972. С. 22.

27. В.А. Баталин, А.А. Коломиец, Б.К. Кондратьев, Р.П. Куйбида. Импульсный источник ионов. А.С. №431576 СССР, бюл. ОИПТЗ, №21, с. 174, 1974.

28. М.Д. Габович. Физика и техника плазменных источников ионов. М.: -Атомиздат, 1972. С. 304.

29. Е.Г. Комар. Ускорители заряженных частиц. М.: Атомиздат, 1964. С. 91.

30. А. Энгель. Ионизированные газы. М.: Мир, 1959. С. 247.

31. Н.П. Козлов, А.И. Морозов. Плазменные ускорители и ионные инжекторы. -М.: Наука, 1984. С. 154.

32. Ю.П. Райзер. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. С. 24-64, 448.

33. Б.Н. Москалёв. Разряд с полым катодом. М.: Энергия, 1969. С. 21-38.

34. B.C. Артёмов, Н.Н. Виноградский, B.JI. Ганелия, А.Ю. Дядин, А.Б. Зарубин, Б.К. Кондратьев, Г.Н. Кропачёв, В.В. Кушин, С.Б. Манусаджян, Н.Н. Миусов, И.О. Паршин, В.И. Турчин. Многолучевой ускоритель протонов. Препринт 22-96, ИТЭФ, Москва, 1996.

35. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. Физические величины. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991. С. 570.

36. A.I. Hershcovitch, K.N. Leung, Т. Romesser. Plasma Leakage Throught a Low-P Line Cusp // Phus. Rev. 1975. - Lett. 35. - P. 277.

37. K.W. Ehlers, K.N. Leung. Effect of magnetic filter on hudrogen ion species in a multicusp ion source // Rev Scints Instrum. 1981. - №52. - P. 1452.

38. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. A.C. №1561746 СССР, 1990.

39. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. А.С. №1745079 СССР, 1992.

40. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. А.С. №1384097 СССР, 1987.

41. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Уменьшение газового потока из дуоплазматрона // Приборы и техника эксперимента. 2000. - №1. - С. 144.

42. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Дуоплазматрон с малым потоком газа на выходе. Патент на изобретение РФ № 2170988, 2001. Сборник Открытия Изобретения (ОИ). Бюл. №20.2001.

43. Е.С. Фролова. Справочник по вакуумной технике. М.: Наука, 1985. С. 22.

44. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Получение непрерывных ионных пучков в дуоплазматроне с безнакальным катодом // Приборы и техника эксперимента. 2000. № 6. - С. 68.

45. Б.К. Кондратьев, Т.В. Кулевой, В.И. Першин, В.И. Турчин. Особенности работы дуоплазматрона с безнакальным катодом в режиме генерации импульсов с малой скважностью. Препринт 23-10, ИТЭФ, Москва, 2001.

46. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Особенности работы дуоплазматрона с безнакальным катодом в режиме с малой скважностью импульсов // Приборы и техника эксперимента. 2003. - №1. - С. 99.

47. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Источник протонов для ускорителя. Препринт 51-92, ИТЭФ, Москва, 1992.

48. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Использование безнакальных катодов для получения непрерывных ионных пучков. Препринт 17-99, ИТЭФ, Москва, 1999.

49. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Источник ионов с эффектом полого катода. Патент на изобретение РФ №2231163, 2004.

50. Б.К. Кондратьев, С.В. Петренко, В.И. Турчин. Получение пучков ионов водорода с большой яркостью. Препринт 86-90, ИТЭФ, Москва, 1990.

51. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Универсальный источник ионов с безнакальным катодом // Приборы и техника эксперимента. 2002. - № 2. -С. 106.

52. Б.К. Кондратьев, В.В. Кушин, С.В. Петренко, В.И. Турчин. Источник ионов с периферийным магнитным полем. Труды XII Всесоюзного совещания по ускорителям заряженных частиц. 1992 г. Дубна. - Том П. С. 26.

53. Б.К. Кондратьев, С.В. Петренко, В.И. Турчин. Импульсный источник ионов. А.С №1625257 СССР. 1990.

54. В.А. Баталин, А.А. Коломиец, Б.К. Кондратьев. Препринт №97, ИТЭФ, Москва, 1979.

55. B.JI. Грановский. Электрический ток в газе. М.: Наука, 1971. С. 328.

56. В.А. Баталин, Б.К. Кондратьев, В.И. Могучев, Н.Ф. Иванов, А.И. Солныш-ков. Линейный ускоритель протонов И-2, подготовка форинжектора к пуску и основные характеристики пучка на выходе форинжектора// Приборы и техника эксперимента. 1967. - № 5. - С. 60.

57. А.А. Иванов. Физика сильнонеравновесной плазмы. М.: Атомиздат, 1977.С. 14.

58. В.В. Кушин, С.В. Плотников. Многоканальная ускоряющая система с решеточной фокусировкой. Часть 1. ISBN5-7262-0354-2. В сб. «Научная сессия МИФИ-2001», т. 7, Москва, МИФИ, с. 157.

59. Б.К. Кондратьев, В.В. Кушин, В.И. Турчин. Получение ионов металлов в источниках дуоплазматронного типа // Вопросы Атомной Науки и Техники. Серия: ядерно-физические исследования. 1989. - Вып. 5(5). - С. 96.

60. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Универсальный источник ионов // Вопросы Атомной Науки и Техники. Серия: физика ядерных реакторов.

61. SM 0205 4671. - 2002. - Вып. (1/2). - С. 262.

62. Б.К. Кондратьев, В.И. Турчин. Дуоплазматрон. Патент на изобретение РФ №2045103,1995. ОИ. Бюл. №27. 1995.

63. А.А. Коломиец, В.И. Турчин. Ионно-оптическая система с магнитной защитой электродов. Патент на изобретение РФ №2087986,1997. ОИ. Бюл. №23. 1997.

64. В.А. Баталин, Б.К. Кондратьев, А.П. Першуков, В.И. Турчин. Импульсный источник ионов дуоплазматронного типа. А.С. №1484183 СССР, 1989.

65. В.А. Баталин, Б.К. Кондратьев, А.П. Першуков, В.И. Турчин. Времяпро-лётный метод контроля характеристик области формирования пучка и параметров пучка в ионном источнике линейного ускорителя. Препринт №148, ИТЭФ, Москва, 1982.

66. В.И. Турчин. Мультикасповый источник ионов с 2-х ступенчатым электрическим разрядом. Патент на изобретение РФ №2214016, 2003. ОИ. Бюл. №28. 2003.

67. А.А. Коломиец, В.И. Турчин, А.А. Хромов. Источник ионов с периферийным магнитным полем. Патент на изобретение РФ №2114482,1998. ОИ. Бюл. №18.1998.110