Интенсивные ионные пучки в плазмооптических системах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

лцісжлльнА Академія Наук України. РГБ ОД інститут Фізики

11.1 правах рукопису УДК 533.9.004.14. 3.53.1л07.

Гончаров Олексій Антонович

Інтенсивні іонні пучки в плазмоопгичних системах

01.04.04-фізична електроніка Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук

ІСИІ:В-1995

Дисертацією є рукопис •

Работа виконана в Інституті фізики Національної Академії наук України

Офіційні опоненти:

члеи-корреспондент НАНУ, Степанов Костяні

професор Миколайович

доктор фізико-математичних наук, Владимиров Ваді

професор • Володимирович

доктор фізико-математичних наук, • Кириченко Георг

професор Сергійович

Провідна організація: ННЦ Харьківський фізико-технічний інститут

Захист відбудеться “ ^ на засіданні сгіеціалізоваї

_____ № р.

вченої ради Д.01.96.01 при Інституті ^фізики НАН України за адресою: 252650,Київ-39,проспект Наки,45у $ ^

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту фізики Н/ України. . '

/2. 5Г

Автореферат розісланий “______“ 1995р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

канд.фіз.-мат.наук ‘ Іщук В.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ. Інтенсивні іонні пучки вперше привертать до себе пильну увагу фізики наприкінці сорокових років у зв'язку необхідністю отримання великих кількостей ізотопів на потреби омної промисловості. Створення промислових масс-сепараторів ви-згало вирішення цілого ряду фундаментальних проблем, пов'язаних з ■риманням, формуванням та транспортуванням таких інтенсивних нних пучків, саме існування яких в специфічних умовах сепаратора іявилося неможливим без наявності компенсуючого їх об'ємний за-ід плазмового середовища. Проблеми керуємого термоядерного снн-:зу, розвиток ідеї інерційного термояду, розробка колективних ме-ідів прискорення, вимагаючих інтенсивних слабкорозходячихся юн-їх пучків з лрецезійними фазовими характеристиками, іонно-іазмові ресурсозберігаючі технології, які потребують високопотуж-іх іонних пучків, обумовили створення цілого напрямку фізики комісованих іонних пучків, і в більш загальному розумінні, фізики іазми та фізичної електроніки. • „

Серед ключових ідей плазмодинаміки важлива роль належить ро-іті (Морозов А.І., ДАН СРСР, 1965, 163, с. 1363), де на основі ідеї ігнітної ізоляції електронів і еквіпотенціалізації магнітних силових ній були сформульовані плазмооптичні принципи введення об'ємних іектричних і магнітних полів в квазінейтральне плазмове середоші-е. Запропоновані і створені на протязі 70-х років ефективні плазмо-інамічні пристрої (плазмові лінзи, прискорювачі, рекуператори і г), призначені для генерації, формування і керування інтенсивними язінейтральнимн іонними пучками в широкому діапазоні параметрів,

: потім виявилося, добре описуються цією основною плазмооптпч ію ідеєю.

Характерна особливість експериментів 70-х років - використання чків зі струмами 10-І00мА. Такі дослідження дозволили впнтпн повні механізми, то зизнлчають транспортні властивості ф<ч>-'ЄМОГО в об'ємі іонного пучка у вільному просторі квпзінеіггрпльною

з

плазмового середовища (іонно-пучкової плазми), для якої характери умова, що кінцева різниця потенціалу істотно меньше різниці потеь ціалу ¡«¡компенсованого пучка. Саме за даним параметром визнг чається інтенсивність іонного пучка в цих умовах. В той же час де слідження компенсованих пучків, які знаходяться в просторі, зайнї тому електричними і магнітними полями, тобто поведінки іонне пучкової плазми в зовнішніх полях (по суті в плазмооптичних сист< мах) у більшості випадків провадилось в умовах, коли прикладені п< іенціали зовнішніх полів істотно перевищували потенціал некомпеї сованого пучка. Це проявлялось в значній перекомпенсації об'ємної заряду пучка і відхиленні плазмового середовища від квазінейтралі пості. Створення на рубежі 80-х років іонних джерел, генеруючи кьазістаціонарні імпульсно-періодичні пучки з амперними сгрумамі поставило проблему розробки плазмооптичних пристроїв нового пі коління, здатних до ефективного керування пучками, для яких хараї терно те, що потенціал зовнішнього поля менше потенціалу некомпеї сованого пучка. В той же час, це ще пучки власні магнітні поля ям менше зовнішніх магнітних полів.

МЕТОЮ РОБОТИ є експериментальне і теоретичне досліджень механізмів, що визначають процеси формування, керування і тра спиртування інтенсивних квазісгаціонарних імпульсно-періодичні іонних пучків амперного масштабу в перспективних плазмооптичні системах.

НАУКОВА НОВИНА роботи полягає в тому, що вперше:

• встановлено, що статичні та динамічні характеристш

квазінейтральної плазмової лінзи (ПЛ), визначаються силс струму іішого пучка що проходить, а виникаючі при відсутнос сферичних аберацій дрібномасштабні турбулентні шуі пов'язані з градієнтом магнітного поля, який принципово V можливо усунути. .

• показало, що наявність сферичних аберацій в ПЛ може ма

• позитивне значення Варіюючи ними можна заданим _ чині

змінювати радіальний профіль пучка б заданому місті простору, зокрема робити його однорідним, експериментально реалізована розсіююча ПЛ. запропонована і досліджена експериментально та теоретично модель магнітоізольованого діодного проміжку (МДП) в плазмо-оптичному режимі. Показано, ідо використання такого МДП може забезпечити отримання на виході із екстрактора унікальних параметрів пучка іонів водню (струм Іь~6А, щільність струму Ль~6А/см2 за тривалості імпульсу приблизно ІООмкс і енер-гії-20кеВ).

встановлено, що істотний вплив на стійкість стаціонарних станів МДП має дисипативна нестійкість короткохвильових коливань, пов'язана з наявністю кінцевої провідності замагнічених електронів в схрещених ЕН полях.

виявлено, що введення позитивного потенціалу в простір дрейфу інтенсивного іонного пучка, обмежений заземленими стінками, викликає вирівнювання потенціалу простору і зняття електричного поля у каналі транспортування пучка, досліджена динаміка процесу посилення газової компенсації іонного пучка за рахунок включення електронів вторинної іонно-електронної еміссії в механізм утворення плазмового середовища.

продемонстровано, що замкнений дрейф електронів, вирівнюючий електричні потенціали, вздовж напрямку розповсюдження пучка, а також іонно-електронну нестійкість високочастотних електронних коливань необхідно враховувати при оптимізації технологічного процесу електромагнітного сепаратора ізотопів, проаналізовано теоретично і показано експериментально, що варіювання параметрами в межах розрахункових значень рівноважних орбіт, дозволяє здійснити введення інтенсивного іонного пучка на узгоджену квазібріллюенівську орбіту і транспортування його в області однорідного магнітного поля в умовах,

коли конфігурація пучка відчуває мінімальні осциляції поблиз) рівноважних орбіт.

Н.Л і А lif *Лк ГНЧН.Л ЦіііШСГЬ И МмНіі ІІО.1 *-І! Ah Ь Т» »!••!>•; і.іі ■

• результати проведених фундаментальних досліджень вносяті істотний внесок в розуміння фізичних механізмів, визначаючи? процеси формування і управління інтенсивних іонних пучків е плазмооп пічних системах

• запропоновані нові сфери практичного застосування ІІЛ - робо та в розсіюючому режимі, керування радіальним профілем пучка на мішені; продемонстровано ефективність використання ІІЛ для

. керування введенням пучка в об’єм з однорідним магнітним полем на рівноважну орбіту.

® продемонстрована можливість оптимізації плазмооптичної системи, яка являє собою імпульсний аксіально-симетричний розряд зі струмом і використання її як ефективного іонно-оптичного елемента при фокусуванні іонних пучків.

» запропоновано спосіб отримання іонного пучка в прискорюючої* проміжку з замагнічеиим електронним фоном і спосіб іонн плазмової обробки виробів, який поєднує в собі переваги інтеї сявного іонного пучка і високовольтного тліючого розряду.

ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК АВТОРА.

Автору належить визначальна ініціатива у постановці більшої частини експериментальних робіт і інтерпретації їх результатів; написання і апробація статей, обговорення їх з співавторами. Автор приймав активну участь в усіх експериментальних вимірюваннях, ставив теоретичні роботи і виконував розрахунки. Автор самостійно сформулював положення, то виносяться на захист, узагальнив і систематизував ланці» никл досліджень.

ТА ЗАХИСТ ВИНОСЯТЬСЯ НЛСТУлІВЗ НАУКОВІ .ПОЛОЖЕННЯ. . . '

Сильнострумова пллзмоза ліпза ■■ плазмооптична система з квазінейтральшш середовищем, що складається з електронного фону та швидких іоні» пучки, .особистий потенціал якого перепитує потенціал зовнішнього електричного поля. Величина струму пучка, що проходить, істотно впливає на статичні і динамічні характеристики такої системи. Змінюючи струм пучка, конфігурацію ліній магнітного поля, кількість фіксуючих електродів і розподілення зовнішнього потенціалу на них можна варіювати радіальний профіль електричного потенціалу в об'ємі ПЛ і, зокрема, робити його параболічним, позбавленим сферичних аберацій.

При відсутності сферичних аберацій наявні в ПЛ колективні процеси, що призводять до розхитування просторово-локалізованих на периферії дрібномасштабних турбулентних шумів, пов'язані з принципово неусуваним, скерованим від осі радіальним градієнтом магнітного поля. Виникаючі шумові коливання мають порогову залежність від струму пучка і різко зростають з його ростом. Неодновимірність руху електронів в збудженому електричному полі, через наявність магнітного поля, викликає обмеження амплітуди змінної складової швидкості електронів. Побудовані на цьому нелінійні оцінки максимального змінного потенціалу коливань і гранично досягаемого стаціонарного електричного поля, яке реалізується з ПЛ, прийнятно узгоджуються з експериментом.

Особливості фокусування широкоапертурних слаборозбіжних інтенсивних іонних пучків проявляються в значному впливі сферичних аберацій сильнострумової ПЛ, в той же час, сферичні аберації мають і позитивне значення, варіюючи ними можна заданим чином варіювати поперечний профіль іонного пучка у встановленому місці простору, і, зокрема, робити його однорідним на мішені.

3. Магнітоізольований діодний проміжок в штазмооптичному режим являє собою, з однієї сторони, елементарну плазмооптичну чарунку (відкритий варіант плазмового прискорювача з аноднім шаром, працюючого в імпульсному режимі), з другої - транпчниі-вииадок магнітоізодьованого діода, в якому ізолююче електроні магнітне поле істотно вище критичного, а релятивістські і діамагнітні ефекти відсутні. В умовах, коли іони, що утворюються Н£ аноді, прискорюються в проміжну вільно, а рух стартуючих з катода компенсуючих електронів самоузїиджешій з електричні«, полем, формування інтенсивного іонної о пучка супроводжується утворенням ЛОДІІІПОІЮГО шару всередині прискорюючого проміжку, а гранична щільність здобуваємого іонного пучка лише в 3,24 рази перевищує тільність відповідної ленгмюрівської границі. Наявність визначеної початкової швидкості у іонного пучка на вході в МДГ1 може забезпечувати квазінейтральні режими роботи без обмеження граничної щільності доприскорюючогося пучка.

■1 Особливу роль в сталості стаціонарних станів в умовах МДГІ має диссипативна нестійкість короткохвильових коливань, скерованих вздовж поширення пучка, обумовлена згасанням на електронах, що. мають скінченну провідність в схрещених ЕН полях. Початкові збурення щільності струму іонного пучка зростають вздовж проміжку тим ефективніше, чим вищі початкові щільність і швидкість пучка, а зриви струму, що спостерігаються в експериментах, якісно пояснюються розхитуванням таких коливань.

Ь Введення позитивного потенціалу в простір дрейфу інтенсивного іонного пучка, обмежений заземленими стінками, викликає при низькому тискові різке зменшення електричного поля в пучку та і с ют не покращення його транспорту вання завдяки виникненню в об'ємі додаткового плазмового середовища в результаті розвитку їй-самостійного газового розряду, який ініціюється самим пучком. Даний ефекг має місце тільки в інтенсивних іонних пучках, коли ніаченин позитивного потенціалу, що вводиться, менше потенціа-

лу некомпенсованого просторового заряду пучка. Розпиток і підтримання газового розряду в просторі дрейфу пучка забезпечується тим, ідо електрони вторинної іонно-електронної еміссії, що вибиваються іонним пучком з коллектора і повільними іонами з усієї поверхні камери дрейфу, перед тим, як попасти на невеликий позитивний електрод скоюють осциляції в усіх напрямках, тим самим різко посилюючи іонізаційний процес.

-. На формування і транспортування інтенсивних іонних пучків в специфічнії:; умовах електромагнітного сепаратора ізотопів має істотний вплив замкнутий дрейф електронів, вирівнюючий потенціали низькочастотних шумових коливань вздовж розповсюдження пучка і стримуючий ефект посилення динамічної декомпенсації, а також іонно-електронна нестійкість, яка має найбільші ін-кременти наростання коливань що розповсюджуються вздовж пучка і здатна призводити як до додаткової декомпенсації, так і до розширення енергетичного спектра сепаруемого пучка.

. Плазмооптична система, яка являє собою імпульсний розряд зі струмом, забезпечуючим введення азимутального магнітостатич-ного поля в об’єм пучка може бути оптимізована за параметрами і використана як ефективний іонно-оптичний елемент при фокусуванні інтенсивних іонних пучків.

. Виведення інтенсивного іонного пучка на узгоджену квазібрілюе-нівську орбіту в об’єм поздовжнього однорідного магнітного поля можливо тільки при недокомп'енсації пучка на величину яка визначається параметрами системи, забезпеченні лінійності радіальних кулонівських сил і виконанні граничних умов на кут вводу та початковий радіус пучка.

. Отримано в явному вигляді дисперсійне рівняння лінійних коливань,. яке описує як електростатичні, так і електромагніті нестійкості плазми, що пронизується іонно-електронним пучком, і стверджується зокрема, то скомпенсозаний за струмом і зарядом супроводжуючими електронами інтенсивний іонний пучок нестій-

КИЙ fil» ГчДНОШЄНШО ДО ji'isti! У НИЗЬКОЧАСТОТНИХ f..*i-!<TÎ.U)f.iani них колинаиь, які розситять пу-'.г.и-иа то їй;- питки

ЛПРОБАЩЙ1 РОБОТИ.

Результати, отримані в роботі, ôyjta ¡іредетг.іи.оиі і доповідались ХШ міжнародній конференції по . ; ?> 11 u і.а .к іоііі.чоїіаних газ (Будапешт, 1985), XIV, XV., ҐЛ'І лШпнцюднил симпозіумах по розр дах та електричній ізсишшї в к;жууі.п (Ситі Фе, 1990, СШ. Дармшадт, 1992, ФРН. Моєк*а-С- Петерйу<у.\ і99-1,5, V Міжнародн конференції но джерелах' іоній (Пекін, 11)031, УІ Всесоюзній конф ренції по фізиці ііизькотемперптуриоі f:ІШМИ. ¡V, /Ш, ІХ всесоюзні симпозіумах по силькострумошТі елекгрошці, iv'-Vfj Всесоюзних ко . ференціях по плазмових прискорювач.!.', і юнних інжекторах, на ко ференції по Плазмовій електроніці. Ці гюйо-іч систематично донові/; лись на щорічних Всесоюзних конференціях по фізиці плазми та У1 (Звенигород), на Всесоюзних семінарах по фізиці і техніці інтенсивні джерел іонів і іонних пучків (Київ), на Першій Всесоюзній нараді питань Плазмової емісійної електроніки 0991).

.Матеріали дисертації доповідались •. спетематмчнс »оговорювали на наукових семінарах в інституті Атомної Енергії ім. 1.В.Курчатова, Московському радіотехнічному інституті Ait СРСР, у Харківсько* фізико-технічному інституті АН У PCP, в Інституті ядерних доелідже: АН У PGP, а також на Міському семінар, по фізиці плазми в м. Києві.

ПУБЛІКАЦІЇ. Основні результати дисертаційної роботи оиублік вано в 42 друкованих працях, список яких наведено в кінці автореф рату. •

СТРУКТУРА ДИСЕРТАЦІЇ. До складу дисертації входять введені га 6 глав із загальним об'ємом 269 сторінок без урахування малюнкі містить 86 малюнків. Список цитуемої літератури містить 83 наймен иання.

ЗМІСТ РОБОТИ.

В дисертації перш за все обговорюються фізичні процеси, пов'язані формуванням, керуванням і транспортуванням іонних пучків в іазмооптичних системах в умовах, коли потенціал некомпенсованого гчка перевищує потенціали зовнішніх полів, а компенсація пучка ійснюється електронами вторинної іонно-електронної еміссії.

У ВВЕДЕННІ обгрунтовано важливість і актуальність проблеми, юрмульовані мета і задачі досліджень, наукова новина і практична нність отриманих результатів, викладається короткий зміст дисер-ції і формулюються головні положення, що відображають наукову івину подаваемої роботи, наводиться вичерпна інформація щодо робації роботи і особистого внеску автора.

У ПЕРШІЙ ГЛАВІ описано експериментальні і теоретичні дослід-гння статичних і динамічних характеристик широкоапертурної ПЛ, азінейтральне плазмове середовище якої формується імпульсно-ріодичним іонним пучком і вторинними електронами, обговорено обливості фокусування і керування інтенсивними іонними пучками іперного масштабу. Наприкінці 70-х p.p. стало зрозуміло, що під час боти з відносно слабострумовими пучками - Ю-ІООмА і енергіями ОкеВ, запропонована О.Морозовим принципова конструкція ПЛ шиціонує не в квазінейтральному плазмовому режимі, як припуска-сь, а в режимі з істотною перекомпенсацією об'ємного зараду пуч-, по суті в режимі лінзи Габора. Разом з тим, квазінейтралька ГІЛ іє більш цікаві якості ніж лінза' з електронною хмарою. В дисертації грунтовано і продемонстровано принципову перевагу ПЛ- простою іною знака потенціалу на фіксуючих електродах- змінювати зби-ючий режим на розсіюючий, в умовах, коли перепад потенціалу чка Іь/Уь>Фі (Фі максимальний потенціал на електродах ПЛ, V|, -зидкість пучка). Використання в наведених дослідженнях імпульсно-ріодичних пучків амперного масштабу дозволило практично автома-чно вийти на квазінейтріальний плазмовий режим. Цей якісно новий ап експериментальних досліджень дозволив виявити більш тонкі талі процесів, відповідальних за характеристики ПЛ.

В експериментах використовувалися джерела іонів різноманітної типу:

• Джерело іонів тилу обернений газомагнетрон і його модифікаці Таке джерело за допомогою діодної системи видобування забезш чувало отримання іонного пучка зі струмом до 1,5 А, енергією д 40 кеВ, початковим діаметром 1,5см і т>100мкс.

« Джерело іонів типу ІБМ. Разом з трьохелектродною багато; пертурною іонно-олтичною системою таке джерело дозволял формувати слаборозбіжний, малошумлячий пучок з параметрам! 1|,<2А, Е|)<25і:еВ, 0 до 60мм, т«100мкс. ,

Джерела розміщувалися на відстані 20-30 см від середньої площин ІІЛ Вхідна апертура 07см, довжина Ь-І2см. Експерименти проводі лис» з двома модифікаціями ПЛ з 5-- та 9ма циліндричними електрс дами Центральний електрод мав найвищий постійний потенціал, симетричні електроди закорочувалися попарно. Імпульсне магніти йоле ШІ створювалося трьома одношаровими катушками. Заповненії ПЛ електронами здійснювалось за рахунок іонно-електронної емісії : стінок електродів, на які потрапляли іони периферійної частини гіу1-ка В експериментах використовувалися радіально і аксіально рухо).: зонди, пояси Роговського, мініатюрні магнітні зонди і магнітні стрілкк Застосовувалися і інші стандартні методики імпульсної техніки.

Експерименти показали, що наявність ПЛ істотно поліпшує пре ходження пучка амперного масштабу в просторі дрейфу. Встановлен також, що ДЛіі виходу на стаціонарні стани за напругою, великі стру ми ішмаїжт» великих магнітних полів. Від конфігурації силових лінії в ІІЛ істотно залежні ь характер розподілу потенціалу в приосьовії області Вибрана експериментально оптимальна топографія силови; ліній дозволяла підтримувати плаваючий потенціал на осі лінзи н, рівні 10- 15В в широкому діапазоні умов. Досліджено характе] розподілу статичного (середньоарифметичного за час >20мкс) потен ціалу в об'ємі ПЛ від різних параметрів. Розглядались три типі розподілу зовнішнього потенціалу ф за фІксаторами-П, Л, О, тобто П

• подібне, коли окрім двох крайніх всі електроди мають однаковий по

ниіал, Л -лінійне, О -оптимальне. Останнє добиралось у відповід->сті з функціональним зв'язком потенціалу в об'ємі <р(Т) ('і’-функція ігнітного потоку) при якій знімається сферична аберація. Внмірю-;ННЯ радіального профілю ф в середні?! площині ПЛ, де різниця ГІО-нціалів підтримувалась незмінною, показали, що вигляд ф(г) дуже тливий до розподілу ф(г)к, струму Іь і кількості фіксаторів. Встано-[ено, що змінюючи струм пучка можливо варіювати профілем по-нціалу, тобто усувати сферичні аберації не тільки варіаціями потен-злу на фіксаторах, але і струмом пучка. Прямі вимірювання просто-вого розподілення ф(г,г) підтверджує збереження принципу екпіпо-нціалізації магнітних силових ліній в умовах, коли пучок, що прохо-ть, витискує електричне поле із об'єму ПЛ. Це пов'язано з тим, що ростом Іь зростають електронні втрати на електроди лінзи. Зростан-електронних втрат пов'язано з виникненням інтенсивних дрібно-сштабних шумів. Ці шуми збільшують модуляцію як іонної, так і ектронної складової зондового струму. Максимальна амплітуда ^мів зосереджується на периферії ПЛ, має порогову залежність від і різко зростає з струмом іонного пучка. Характер залежності шумів І напруги на ПЛ близький до параболічного. Аналіз причин, які мо-пгь викликати турбулізацію плазмового середовища в статично забераційній ПЛ показує, що до розгойдування дрібномасштабних ливань може призводити градієнт Н-поля, який принципово не жна усунути. З цією нестійкістю вперше зіткнулися при форму-чні іонних потоків в плазмових прискорювачах. Стосовно до ПЛ зглянута гідродинамічна нестійкість лінійних дрейфових коливань, умовлених просторовою неоднорідністю Н-полп і зроблені нелінійні нки, що якісно узгоджуються з експериментом. Зазначено, що зглянута нестійкість є аналогом “sleeping” нестійкості дрейфуючих зколо магнітного поля електронних шарів зі зворотнім зв'язком, •їй здійснюється через іони .пучка. Така нестійкість можлива, якщо ремент ух»ні (ищ- циклотронна частота пучка), а це можливо для :татньо щільного пучка, коли £0{3i>tom (соьі- ленгмюрівська частот-і). < електронів у. виникаючих електричних полях, через викривлення

траєкторій в Н-полі, неодновимірний. Це дозволяє зробити оцінку в личини максимального потенціалу усталених коливань срм, яка ві являється квадратично залежною від стаціонарного Е-поля. Зроблеї також оцінка граничних статичних електричних полів, що досягаютьс в квазінейтральній ГІЛ. Оцінка базується на припущенні, що утворі вані іонним пучком вторинні електрони виходять иоперк Н-поля : рахунок рухимості, обумовленої збоєм кореляцій в турбулентною середовищі при наростанні потенціалу до фм.

Досліджено особливості фокусування широкоапертурного, слаб* розбіжного іонного пучка. Проаналізовано фактори, впливаючі на в личину максимального стиснення пучка в фокусі при відсутності сф рнчних аберацій. Зазначено, що на характер фокусування істотнії вилив мають сферичні аберації, які можуть грати і позитивну рол Продемонстровано, що регулюючи розподіл потенціалу в ПЛ можна принципі керувати профілем пучка на мішені' і, зокрема, робити йоі однорідним. Цьому фактові дається теоретичне пояснення. Наведен експериментальні дані по реалізації розсіюючого режиму ШІ, яки встановлюється при зростанні струму пучка до зазначеної величини.

У ДРУГІЙ ГЛАВІ викладено теоретичні і експериментальні дослі; ження стаціонарних станів інтенсивного іонного пучка в МДП, яки знаходиться в плазмооптичному режимі. Аналізується стійкість таки станів. Уявлення про одновимірний діодний проміжок (ДП) з магні' ном ізоляцією електронів і вільними іонами покладено в основу наі проеійпих фізичних моделей багатьох пристроїв таких, як прискори вач з замкнутим дрейфом електронів (ГІЗД), іонний магнетрої магнітоізольовапий імпульсний діод (МІД), рекуператор та ін. Стисл обговорюються одновнмірні моделі стаціонарного ПЗД і МІД. Запропс нована модель МДП в плазмооптичному режимі це не ПЗД, оскільк зіткненнями в об'ємі знехтувано, тобто не розглядаються процеси, ш відбуваються за проміжки часу, менші іонізаційних, і не МІД, оскілі кн релятивістські і діамагнітні еіфекти не враховуються і система кві зістаціонарна, тобто розглядаються процеси, які встановлюються післ

повнення ДП двохкомпонентним плазмовим середовищем. Якщо при

ле для електрона в ДП довжиною сі і напругою фо), то прискорюю-!Й, або доприскорюючий МДП стає аналогом частини плазмо-тичної системи (елементарної плазмооптичної чарунки, де прикля-на до зовнішніх електродів різниця потенціалів фо фіксується сило-[ми лініями Н-поля з відстанню між ними х=с1). Принциповим є ання стаціонарних розподілів потенціалу, величини досягаємих ектричних. полів, максимальних струмів, що пропускаються, в /нкції динаміки електронної і іонної компонент, які утворюють іазінейтральне плазмове середовище МДП. Завдяки наявності ано-ільної поперечної рухомості природним є припущення про справед-івість закону Ома для електронної компоненти, що забезпечує гіо-дінку електронів самоузгоджену з Е-полем. Вважається, що прикла-не Н-поле не збурює рух іонів в ДП. Знайдені з розв'язків рівняння /асона стаціонарні розподіли свідчать, що формування прискорювало іонного пучка (швидкість на вході в ДП Уь=0) супроводжується воренням подвійного шару, в якому максимальне Е-поле перевищує 1,24 рази вакуумне, а гранична щільність пропускаемого пучка в 24 рази більше щільності, що відповідає ленгмюрівській границі. В й же час, наявність початкової швидкості (У},>(2ефо/М)1/2) на оді в МДП (доприскорюючий режим) може забезпечувати квазіней-альні плазмооптичні режими без обмеження струму іонного пучка.

В умовах МДП вирішальне значення у відхиленні від стаціонарних анів має дисипативна нестійкість короткохвильових коливань сі> > 1, к-хвильовий вектор, к|Уь), обумовлена згасанням на елек-онах, маючих скінченну рухомість в схрещених ЕН полях. Отрима-> дисперсійне рівняння малих коливань у наближенні однорідного

/ . . • ' Л\'Р .

чка (стаціонарна швидкість не змінюється вздовж ДП ——«О).

іайдено максимальні просторові інкременти коливань, оптимальні стоти. Стаціонарне Е-поле грає істотну роль в динаміці збуреної

ому ізолююче магнітне поле

критичне

компоненти іонного лучка. Досліджено вплив зміни незбуреннх парі метрів пь()(х), Уі,0(х), пс°(х) в стаціонарному полі Е°(х) на просторов еволюцію збуреної щільності струму пучка. Розгляд проведено ДЛЯ В1: падків, коли Е°=сопзі і Е°(х) - лінійна функція, достатньо точно відби ваючих стаціонарні розподілення в МДП. У першому випадку аиалі призводи!ь до рішень, які відбивають еволюцію початкових збурен щільності струму пучка через функції Бесселя. Показано, що в при спорюючому ДП чим вища початкова щільність і швидкість, тш ефективніше наростають початкові збурення. Це може призводити д< деформацій стані тарного розподілення потенціалу 11а відміну ві; цього, в режимі гальмування (рекуперації) наростання щільності зменшення швидкості призводить до розвитку збурень більш стрімко му ніж експоненціальне. Оскільки точний розподіл стаціонарного по теїшіалу в МДП досить близький до параболічного, то диференцішк рівняння, яке описує еволюцію змінної тільності струму можна звес ти до рівняння гіпергеометричного типу. Аналіз показує, що в таком) випадку обмеження амплітуди лінійних коливань і спектр макспмаль мо підсилюваних частот є функціями неоднорідності системи

З метою послідовного порівняння результатів аналізу стаціонарнії* і нестаціонарних станів МДП були проведені відповідні експерименти Як емітер іонів водню використовувалося ефективне джерело типу ГІЗД (величина прискорюваного іонного пучка в ДП становила більше половини струму розряду). Ізолююче Н-поле в об'ємі прискорюючогс ДП створювалось за допомогою плоскої катушки (екстрактора). Експерименти показали, що накладення Н-поля на ДП збільшує його пропускну здатність і покращує електричну міцність на протязі часу, меншого за час розвитку самостійного розряду в схрещених ЕН-полич. Максимальна амплітуда імпульсів іонного струму на колекторі І,; (гйЗОгіікс) визначається співвідношенням значень імпульсів високої іишруїп и„<20кВ, магнітного поля Н<ЗкЭ, довжини і1<ісм, а також /шяшііотю термоемісії з площині! екстрактора. Максимальна амплітуда імпульсу некомпенсованого електронного струму спадає при 11—1 і* і

лавио прямує до нуля при Н>>Н*. При цьому різко (до 100%) зро-гає шумова модуляція струмового сигналу, яка свідчить про наяв-ість механізму аномальної поперечної рухомості електронів. По-підовно міркувати про пропускну здатність МДП з замагніченнми пектронами можна, співставляюючи залежності Ік від розрядного груму в джерелі з аналогічною залежністю, коли електронів у нро-іжку нема. Такі експерименти показали, що наявність достатньої ількості компенсуючих електронів призводить до збільшення елек-зичного поля МДП, утриманню емісійної межи з більш щільною пазмою, і,як наслідок, формування пучка в три рази більшої шіль-зсті. В доприскорюючому МДП, де стаціонарні стани не накладають змежень на граничну щільність пучка що проходить, обмеження мо-уть виникати внаслідок розвитку колективних процесів. Експерн-ентальне дослідження іонного пучка в доприскорюючому МДП з ¡магніченими електронами проводилось з використанням однієї з одифікацій джерела типу обернений газомагнетрон. Імпульс приско-оючої напруги (т-^ІООмкс, ІІв<24кВ) прикладався між екстрактором, оій є рамкою розміром 1x1см і катодним блоком джерела, крізь ілину в якому інжектувався в ДП (сі<1см) іонний пучок (аргон або хдень). Для магнітної ізоляції ДП використовувалося Н-поле цжерела і<2,5кЗ), яке створювалось імпульсом струму, що протікає по витку подного блоку. Струм пройшовшого пучка та його щільність шірювалися колектором, розміщеним на відстані 1см за екстрактові. Експерименти показали важливу роль вторинних електронів з істрактора в підвищенні іонної емісії джерела і покращенні проход-ення іонного пучка в проміжку. Додавання термоелектронів з сстрактора приводило до збільшення іонного струму, що проходить, 3-5 разів. Виміряні мініатюрним зондом розподіли потенціалу вздовж П показують, що є режими, коли іонний пучок прискорюється ГК’ре-іжно у вузьких приелектродних шарах (<1мм). Це створює спринт-іві умови для розвитку в об'ємі ДП дисипативної нестійкості іонного гчка на електронах. Експерименти демонструють, що проходження 'чка може бути нестійким (форма імпульсу струму пучка та його

щільності відчуває істотні деформації, які можуть повторюватися г протязі імпульсу). Із збільшенням струму розряда струм на колекто, спочатку зростає, потім відбувається зрив. Аналогічні зриви спі стерігаються також при зменшенні ІІ^. При цьому деформації імпульс струму колектора корелюють зі змінами струму екстрактора. Спі стерігаєма нестаціонарність струму пучка якісно пояснюється ь основі проведеного теоретичного аналізу. Слід зазначити також, ш доирискорюючий МДП у повній відповідності з проведеними розр, хункамп, здатний пропускати струми істотно перевищую' ленгмюрівську границю. Досягнута в експериментах щільність струм іонів водню на екстракторі (приблизно 6А/см-) більше ніж на пор: док перевищує ленгмюрівську щільність струму некомпенсованої пучка. .

ТРЕТЯ ГЛАВА дисертації присвячена особливостям компенсації іі генсивпих іонних пучків у просторі транспортування, що чітко гірояі ляються в типових лабораторних дослідах з пучками амперного маї штабу. Суть у тому, що метод газової компенсації для імпульсші пучків з тривалістю менше ІООмкс в умовах низького тиску вияі ляється мало прийнятний. Проведений в роботі пошук шляхів посі лення ефекту іазової компенсації виявив доцільність введення позі тивного потенціалу в простір дрейфу Пучка. Це дозволило використі вуват енергію електронів вторинної іонно-електронної емісії для а; иалювання несамостійного газового розряду низького тиску і, тим сі мнм, створення плазмового середовища для ефективного транспорт; ванни пучка. Проведені експерименти показали, що введення за ді помогою кільцевого електрода невеликої площі 8а позитивного потеї піалу в простір дрейфу пучка, прив’язує потенціал простору до п< тенціалу, що вводиться в усьому об'ємі системи і витискує електри1 не поле у вузькі шари поблизу заземлених стінок вакуумної камері При цьому суттєво зменшується розбіжність пучка в каналі транспо] тувашія. Встановлено, що існує деякий критичний струм пучка, вин якого ефект позитивний і з ростом останнього швидко збільшуєтьс:

держані інтегральні закономірності посилення ефекту газової ком-інсації пучка свідчать, що введення позитивного потенціалу викли-іє зняття електричного поля в каналі транспортування пучка в на-іідок розвитку несамостійного тліючого розряду. Для дослідження ісової динаміки процесу формування плазмового середовища в про-орі дрейфу пучка, на кільцевий електрод подавався імпульс ике(0,

о має форму сходинки з фронтом зростання приблизно 1-2 мкс. Мо-гнт подання ике міг варіюватися на протязі всього часу проходження /чка. Ці дослідження виявили два характерних етапи еволюції іонно-очкової плазми. Тривалість першого могла сягати, в залежності від лов, ~50мкс і визначалась різким зростанням часу утримання швид-іх вторинних електронів в системі при поданні позитивного потен алу. Другий пов'язаний з процесами накопичення повільних заряд-енних часток з іонізаційних актів, витискання електричного поля в зистіночні шари і пов'язування потенціалу простору з потенціалом,

о вводиться.

Головними вимірюваними параметрами в експерименті були ам-пітуда і момент прикладення імпульсу икз(і), тиск у камері дрейфу, тоща кільцевого електроду 5а, повний струм пучка, що проходить на злектор і його енергія. Наявність двох етапів в еволюції плазмового гредовища під час подання імпульсної напруги на кільцевий електрод роявляється в характерній двоступеневій формі імпульсів струму учка, сигналу коденсаторного зонда, струму на кільцевий електрод і і. Були проведені також вимірювання динаміки утворення повільних нів. Якщо у випадку розвинутої іонно-пучкової плазми, коли иі(е=0, иттєві (усереднені на протязі 5мкс) радіальні розподілення повільних інів мають вигляд кривої з максимумом біля г=0, то за наявності иир зке розподілення стає суттєво немонотонним з абсолютним мак-имумом, що зсуваюється до перефірії системи. Зазначимо також, то зоблені в роботі серії миттєвих зондових вимірів дозволили визначнії наявність характерного максимума на іонній гілці зондової харлк-эристики, чітко проявляючогося за достатньо високого потенціалу

простору. Отримані експериментальні факти пояснюються за настуї ним» уявленнями: 1). Введення позитивного потенціалу ь прості дрейфу іонного пучка виявляється ефективним коли величина цьог потенціалу менше потенціалу нескомпенсованного пучка; 2). Вториш електрони, що утворюються іонним пучком на колекторі та вибі ваютьсії повільними іонами з поверхні камери об’ємом V, осцілюють усіх напрямках до попадання на кільцевий електрод. За аналогією порожнистим катодом середню довжину пробігу цих електронів можн подані у вигляді 1=-1 V/3) Швидкість установлення стаціонарної' стану газового розряду та його характер визначаються ступінню рс звинутості іонно-пучкової'плазми та величиною Ба. Деформації іонне частини зондових характеристик природно пояснюються тим, іц швидкі іфосторово-ізогроповані електрони мають кеофіцієнт вторинне едектрон-електронної емісії більше одиниці. Приводяться якісні ОЦІНКІ ефекту підсилення газової компенсації в системі та визначені умови коли високовольтний тліючий розряд, ініційований пучком, може пе реходиги в самостійний. Підкреслюється, що гарне утримання елек тронів вторинної іонно-електронної емісії шляхом введення позитивно го потенціалу <р<іь/У|, призводить до плазмооптичного ефекту еквіно тенпіалізації простору та зняття електричного поля в каналі транспор туванни пучка. .

Розглянуті в попередніх розділах методи введення об’ємних елек тростатичних полів в плазмове середовище іонного пучка в четверто му розділі дисертації доповнюються методом введення магнітостатич ного поля, яке дозволяє ефективно фокусувати іонний пучок. Цеі метод полягає у використанні імпульсної плазмооптичної системи з струмом, який створює азимутальне магнітне поле, достатнє дш впливу на динаміку іонного пучка, що проходить. Складнощі реалізацї таких систем визначаються перш за все необхідністю створення од порідного та стійкого циліндричного плазмового шнура з високок щільністю струму та великим повним струмом. Вперше ідея викори станин згаданої системи в якості елемента іонної, оптики була запро

энована в роботі (W.Panofsky, W.Baker Rev. Sei. Instr., 1950, 21, p. 15), де було виявлено стискання пучка протопів з енергією 350 меВ ри проходженні через сильнострумовий газовий розряд. Предметом і задачею даних експериментів було вивчення динаміки проходження нного пучка через плазму зі струмом, фокусуючих властивостей жої системи та можливостей їх оптимізації. Експерименти проводить на установках, де стаціонарний пучок іонів водню з енергією до

5 кеВ проходив у кварцеву розрядну камеру, в якій можна було при )зряді конденсаторної батареї створювати плазмовий шнур довжиною ) 40 см з максимальним струмом 1-6 кА, щільністю (1-5)х1012 см'3 та :мпературою електронів 15-40еВ. Пробій газового проміжку в Ar, Кг і повітрі здійснювався при тисках (1-2)х103 Тор, коли втрати пучка ; дуже позначалися. Вживалися заходи для полегшення пробивання

і запобігання попадання плазми як в область джерела іонів, так і на інд-приймач іонів пучка, змонтований разом з рухомим катодом ро->яду та заходи для захисту від імпульсних електромагнітних пере-код. Контроль за параметрами плазми та станом плазмового шнура іійснювався за допомогою легмюрових та магнітних зондів, які впоїлись Із плазму, а також магнітних зондів, які розташовувались сиг гтрично на поверхні кварцевої труби. Виявлено, що просторово-ісові особливості проходження іонного пучка через щільну плазму зі •румом. суттєво залежать від макроскопічного стану плазмового шну-і. Аналіз великої кількості осцилограм, отриманих при одному й то/ ж розрядному струмі, який має напрям, що співпадає з рухом пуч-

і в плазмі, показує, що реалізуються в основному три найбільш х.і-іктерних режими проходження пучка. Як правило, ці режими тісно »в’язані та в чистому вигляді існують дуже рідко. Перший режим шикає, коли пучок та розрядний струм в плазмі коаксіальні Цей іжим характеризується різким збільшенням струму пучка на осі си еми. В другому випадку осі іонного пучка та плазмового шнура нг іівпадають. Третій режим характерний тим, що в середньому струм 'чка не змінюється, але зазнає нерегулярних коливань з частотою < :Гц через динамічні неоднорідності розрядного струму, які ниника-

ють внаслідок хаотичних переміщень катодної плями. Найбільн цікавість для плазмооптики являє випадок, коли пучок та розрядні! струм зберігають коаксіальність на протязі часу, необхідного дг ефективного фокусування та стискування іонного пучка. При цьом плазмовий шнур зі струмом відіграє роль лінзи, яка фокусує (чи ро фокуеовує) іонний пучок за рахунок енергії азимутального магнітної поля. Теоретичне значення фокусної відстані такої лінзи співпадає експериментальним. Доведено, що найбільш суттєво ефекти стиск; вання пучка проявляються при умовах, коли фокусна відстань П. співпадає з довжиною міжелектродного проміжку в моменти часу, яі відповідають максимуму кривої розрядного струму. При цьому пучо фокусується на катод та бере участь у формуванні каналу струму н початковій стадії розвитку розряду і тим самим в процесі стисненн забезпечується коаксіальність пучка та плазмового шнура. В інши випадках, коли пучок рухається в розвинутому плазмовому стовп ефекти стиснення проявляються набагато слабше. З ціллю удоскош лення та оптимізації іонно-оптичних властивостей плазмової систем зі струмом експериментальні умови були модернізовані так, що підвищити макроскопічну стійкість та симетрію плазмового стовпі Тому були проведені експерименти з прямокутним імпульсом струм зі« 2,5мс. Експерименти показали, що сформований плазмови стовп через дифузійні процеси починає радіально розширюватисі внаслідок чого щільність розрядного струму та величина азимутальне го магнітного поля, яке впливає на пучок, зменшуються. Були прове дені експерименти при тривалості імпульсу розрядного струму х :

О.бмс, коли ефекти дифузного розширення можна не враховував Експерименти показали, що залежність міри стиснення пучка К ві величини розрядного струму мають чітко виражений резонансний хг рактер. Імпульси струму іонного пучка практично повторюють форм імпульсів розрядного струму, достатньо точно повторюючись ві, імпульсу до імпульсу в широкому діапазоні умов експерименту. Прі ьаріації 1,, в межах 0,8-2кА струм пучка з гарною відтворюваність збі/іьіпусіьоіі в 20-50 раз. При струмі І.ІкА фокусна відстань ПЛ

¡зимутальним магнітним полем співпадає з довжиною міжелектродно-

о проміжку. При цих умовах спостерігаються регулярні збільшення онного струму на коллекторі до 800 раз, що припадають в середньому іа 2-5 імпульсів Ір. В умовах експериментів ступінь стиснення іовністю компенсованого іонного пучка обмежується наявністю аксн-ільного магнітного поля Н. Розрахована міра стиснення пучка Кр при ^о/^т>>НК,ц- мінімальний радіус пучка в кроссовері) =2,5Уі,]цМс/еН2. В експериментах Уь~1,5 108сш/с, і|,-250А/сиг, і=2'ЮОе К«]50, за цих умов Гїп, <1шт та розмір пучка зрівнюється з юзміром отвору колліматора. За умови можливого провалювання ісього пучка в отвір спостерігаються значення К>К,,.

П’ятий розділ дисертації присвячений аналізу багаторічних експериментальних досліджень транспортних характеристик іонного пучка, шій знаходиться в поперечному магнітному полі промислового масс-:епаратора ізотопів. Цей аналіз здійснюється на основі сучасних уяв-іень про транспортні властивості іонно-пучкової плазми В потужному іромисловому сепараторі головним фізичним об’єктом є інтенсивний онний пучок ізотопів амперного масштабу, які діляться. Саме з моменту створення такого обладнання фізика іонних пучків починає усвідомлювати себе самостійною наукою. Експерименти в умовах, наближених до промислових, визначили принципову роль процесу <омпенсації об’ємного заряду поліізотопиого іонного пучка в підви-денні якості ізотопної продукції та продуктивності сепаратора. Яви-да, які визначають^компенсацію просторового заряду пучків у цих /мовах були детально вивчені та проаналізовані в роботі (Незлнн М. іКТФ, 1960, 30, с. 168). Розроблені на основі цих досліджень практичні рекомендації на довгі роки визначили технологічний сценарій троцесу поділу ізотопів. Однак в процесі промислової експлуатації та експериментальних апробацій були накопичені нові факти, які не впи-:уються у звичну схему уявлень. Наприклад, було переконливо продемонстровано, що встановлена раніше корреляція між поперечними профілями постійної та змінної складової щільності струму., а також потенціалу простору спостерігається лише в діапазоні порівняно ма-

лих повних струмів пучка <150гпА. В області оптимальних для промислової сепарації струмів 150-250мА спостерігається тенденція установлення П-подібного профілю поперечного розподілу щільності струму пучка та до зміщення максимума змінної складової щільності струму з центру до периферії. При цьому найбільше посилення динамічної декомпенсації, пов’язаної з пучком, що виноситься з джерела низькочастотними шумами спостерігається не в центрі, а на межах пучка в місцях максимального градієнту постійної складової щільності струму. Також з’ясувалось, що посилення динамічної декомпенсації вздовж напрямку поширення пучка не відбувається, потенціал простору на всій довжині зберігається незмінним. Це свідчить про наявність еквіпотенціальних ліній вздовж траєкторій частинок пучка.

Аналіз процитованих експериментальних фактів показав, що їх можна зрозуміти, вивчивши стаціонарні стани іонно-пучкової плазми електромагнітного сепаратора та їх стійкість відносно збудження І,іЛіих колективних коливань. Стаціонарні стани швидких іонов пучка визначаються наявністю специфічного магнітного фокусування, ізотопних Протяжність пучків в промисловому сепараторі досить велика - середня довжина півкола сягає приблизно 280 см. На цьому проміжку поперечний прямокутний профіль пучка двічі трансформується: на виході з джерела іонів та біля приймача ізотопів пучок має форму вузької стрічки (0,4x20 см2), яка орієнтовано вздовж Н-поля, в той же час, в великій (-140 см) середній частині пучок являє собою достатньо широку стрічку, яка орієнтована поперек Н-поля. Характер функціональної залежності щільності струму пучка від поздовжньої координати свідчить, що на протязі першої чверті шляху (<70 см) щільність пучка різко зменшується, потім,на протязі другої чверті, починає збільшуватись. Електрони в стаціонарі народжуються пучком за рахунок іонізації залишкового газу. За умов низького тиску середній час їх життя в пучках тк » і/па стс Ув . Наявність квазіста-ціонарного електричного поля Еу незкомпенсованого об’ємного заряду, обумовленого динамічною декомпенсацією, призводить до виносу електронів а області народження зі швидкістю дрейфу Vd - с Еу/Н. В

/мовах сепаратора такий дрейф може замикатися в об’ємі пучка протягом середнього часу та , порівнюваного з тк . Це означає, що електронний дрейф, який проходить вздовж еквіпотенціальних поверхонь повинен суттєво впливати на стаціонарні стани іонно-пучкової плазми :епаратора. Завдяки цьому стають зрозумілими результати експериментів та відсутність підсилення динамічної декомпенсації вздовж іучка. В стаціонарних умовах повільні іони народжуються завдяки процесам іонізації та перезарядки іонним пучком та вільно виносяться з об’єму пучка полем позитивного просторового заряду. На початку лляху пучка виробництво повільних іонів з концентрацією пм збільшене завдяки резонансній перезарядці частинок пучка на інтен-:ивному потоці нейтралей з джерела іонів (па « 1014 см3). Оцінки показують, іцо в цій області концентрації швидких та повільних іонів іриблизно однакові (відношення пм/к 0,5). В середній частині іучка повільні іони з’являються в пла?мі завдяки іонізації та переза-рядці залишкового газу. Тут, як показують оцінки, пм/п[,~103 Аналіз ікспериментальних фактів свідчить, що змінний перепад потенціалу в іучку (приблизно до 100В), який виникає внаслідок динамічної декомпенсації, пов’язаний з пульсуючою складовою повного струму тучка, а не зі змінною щільністю струму, як це вважалося раніше. Локальні максимуми пульсуючої складової щільності струму значної імплітуди, які спостерігаються в ході експерименту та виникають в ібласті максимальних градієнтів стаціонарної щільності пучка з чітки-,ш межами пояснюються тим, що коефіцієнт підсилення динамічної іекомпенсації пучка К з П-подібним профілем щільності швидко ібільшується з наближенням до межі пучка. Це разюче відрізняється іід поведінки К для пучка з гауссовським профілем (такий профіль :арактерний для пучків з малими повними струмами), де К’ макси-іальне в центрі пучка. •

В роботі здійснений аналіз стійкості малих збуджень стаціонарних танів іонно-пучкової плазми промислового сепаратора ізотопів та роблені нелінійні оцінки. Аналіз показує, що в умовах сепаратора Ыре «сале, о>рЄ»а)ці, сореі, шнеі-легмюровські та циклотронні частоти

електронів та повільних іонів), частини пучка, що рухаються пі, різними кутами 0 до магнітного поля, можуть розгойдувати високо частотні “косі” електронні ленгмюрівські хвилі на частоті (о=к>рСсо5б низькочастотні коливання на частоті со=о>р; практично перпенднку лярні Н-полю, а також “косі” іонні хвилі, які поширюються майж' вздовж Н-поля. Детальний розгляд показує, що там, де собО великий але згасання Ландау ще мале, іонно-електронна нестійкість електрон них плазмових хвиль, які поширюються вздовж напрямку руху пучка має максимальний просторовий інкремент Гмах. Особливу увагу в мас сепараторі привертає початковий проміжок пучка, де концентраці заряжених часток досить великі (~і610см-3). За типових умої (пс~2ТО10ст'3, М|,= 100, Уь=2,4Т07ст/с, Те~25єВ), максимальниі просторовий інкремент Гмах~1смтак що вже на відстані декілько: сантиметрів, коли ефекти неоднорідності ще не важливі, коливанні можуть набути нелінійного режиму, який визначається захопленняи хвилею потенціалу плазмових електронів. Для “косих” плазмови; хвиль в сепараторі, які ми розглядаємо, це дає ф_ >30В. Наявністі такого потенціалу може призводити до підвищенного виносу елек тронів з пучка та додаткової декомпенсації, що непрямі підтверджується експериментами. Іони пучка в полі нелінійної плаз мової хвилі набувають також розкид швидкостей Ау~еДф./МьУ(,Гмах В типових умовах сепаратора це призводить до розширення енерге тичного спектра пучка ДЕ>400В. Це другий принциповий фактор який може помітно обмежувати якість ізотопної продукції. В цент ральній частині пучка траєкторії швидких часток практично перпен дикулярні магнітному полю (соз0<(гпе/Мь)1//2). Тут нестійкість, як; збуджується іонним пучком набуває іон-іонний характер на частот ю=оі>р|. Найбільший інкремент (Гмах«1/2ст'') мають коливання н; важких повільних іонах, які утворюються біля джерела внаслідок ре зонансної перезарядки пучка. В той же час сильна неоднорідністі пучково-плазмовоі системи вздовж поширення пучка суттєво ста білізує цей небезпечний колективний процес. В цій системі з такимі ж інкрементами та частотами можуть розгойдуватись “косі” іонні ко

іивання, які поширюються майже вздовж Н-поля та повинні прилно-,ити, перед усім, до кутового розкиду часток пучка та попршеїшя юго фазових характеристик. Проте неоднорідність пучка під члс ранспортування відіграє стабілізуючу роль також і для цієї несіій-:ості. З точки зору коливань в сепараторі привертає увагу -велика 1^5І20сіп) ділянка шляху пучка, яка розмішеина по обидві частин раекторії. Па цін ділянці система достатньо однорідна та середня ;онценграція заряджених часток зберігається в межах !0'А.:мЧ За цих 'мов Гмах|е>10Гшхл, так то в умовах промислового мас-сеплраюра зотопів необхідно враховувати передусім вплив іонно-електронної іестійкості на якість процесу розділу.

Центральна тема шостого розділу-розгляд можливості введення ;омгіенсованного іонного пучка в область однорідного магнітного поля із рівновагову квазібриллюенівську орбіту. Введення пучків зарядже-иіх часток в однорідне магнітне поле' часто має ціль забезпечення аких умов транспортування пуча, при яких рівноважний радіус пучка , таким чином, його конфігурація в процесі транспортування мають іінімальні осциляції біля рівновагомнх орбіт. Найпростішею ілсаліза-цєю подібної системи є аксиально-сііметричиий однокомпонентний ютік Бриллюена. У випадку іонних пучків ’реалізація такої системи юбільшуветься перів за все тому, що інтенсивні пучкі принципово сомгіенсовані, а ця обставина, навіть якщо пучки одниродні та холодні юже призводити до порушення лінійності кулонівських сил, відхн-іенніо від ідеалізованих умов Бриллюена. В роботі за допомогою ана-штико-чисельних методів та експериментального моделювання тосліджені можливості реалізації квазібриллюенівських конфігурацій нтенсивного іонного пучка. Найпростішу модель бриллюенівського ютоку компенсованого іонного пучка можно побудувати, якщо допус-■ИТИ, ЩО ХОЛОДНИЙ пучок З однорідною ПО перерізу ЩІЛЬНІСТЮ І1|}, та нвидкістю У[, вибиває з колектора вторинні електрони з коефіцієнтом поширення яких в об’ємі забеспечує постійну по перерізу щільність іаряду ЄПе=УІь/Уе. Регулюючи швидкість виходу вторинних елек-

тронів вздовж силових ліній Н-поля можна вар’ювяти поле зкомпен-соіілшіого об’ємного заряду зберігаючії його лінійність. Це дозволяє ввести параметр компенсації a=l-yVk/uf,^const та визначити перепал потенціалу зкомпенсованого пучка як Дф^аіь/Уі,. Внаслідок рух часток в радіальному кулоніяському полі нескомпенсованого заряду буде самонодібним. Інтегруючи рівняння граничних часток пучка, що рухаються в лінійному полі об’ємного заряду та неоднорідному Н-лолі у площині г та та нехтуючи квадратичними членами, які за типових умов лабораторного експерименту малі, можна одержати нелінійне диференціине рівняння другого порядку для огинаючої, що описує введення пучка на квазібриллюенівську орбіту в області однорідного магнітного поля. Вирішуючи чисельними методами це рівняння з граничними умовами для бриллюенівської огинаючої R(oo)=a1/,2I dR/<lz(oo)=0 та різними параметрами, що визначають кут входження часток пучка до Н-поля, ступінь компенсації об’ємного заряду, характер неоднорідності магнітного поля вздовж вісі 7., емітанс іонного пучка, можна знаходить огинаючі пучка в ситуаціях, що адекватно описують експериментальні та визначати оптимальні умови для введення пучка на рівновагову орбіту. Так, аналіз свідчить, що чим краща компенсація (менша а) тим менше, вимагається Н-поле для введення іонного пучка на задану траєкторію. З іншого боку, радіус Бриллюєна компенсованого пучка R=R¡3¡a1/2 (тут Ru;- радіус Бриллюєна однокомпонентного пучка). Видно, що це можливо, коли а>0, тоб-то пучок повинен бути недокомпенсованим. Також аналіз свчідчить’ що з погіршенням компенсації пучка (ростом параметра а) кут входу пучка в Н-поле стає крутішим. Пучок має набути в Н-полі більшу азимутальну складову швидкості, щоб сила Лоренца змогла скомпенсувати зрослу кулонівську силу. З формули для рівновагового квазібри-люенівського радіуса, що враховує наявність кінцевого теплового розкиду в пучку виходить що особливий вплив емітансу є при добрій компенсації, коли а<<1, з ростом а цей вплив помітно нівелюється. Аналіз свідчить, що пульсації магнітного поля в області однорідності несуть небезпеку для пучка, призводячи до небажаних відхилень

■раекторіи піц рівновагових у тих випадках, коли довжини пульсацій юля та пучка виявляються порівняльними. Для експериментального цослідження та ідентифікації рівновагових орбіг важливо визначити ікни чином ці траєкторії деформуються при незначному нар’юваниі 'аких легко регульованих параметрів як кут ьходу, магнітне поле та їііергія пучка. З піеіо метою знаходяться рівноватоиі рішення днфе-)енніііного рівняння стинаючої, а отже і значення R(0) та R (и) Потім, шрішуючи рівняння з ними граничними умовами та вар’юючн параметрами можна знайти вид огинаючих, що відзначаються в тон чи ншиії бік від рівновагоної. Аналіз свідчить, що навіть малі варі;т,ії іараметрів призводять до суттєвих відхилень від рівноваговото контура пучка і виявляються передусім у протифазиих коливаннях.

В експериментах, шо моделюють введення іонною пучка до магнітило поля, використовувалися вже описані іонні джерела типу обер-іенннії і азоматнетрон та IBM. Застосування ÍIJ1 великої он пічної шли забезпечувало в широких межах вар’юваиня кута входження тучка в II поле як у збиральному, так і в розсіюючому режимі, значно скорочуючи відстань транспортування пучка від зрізу лінзи до області іії магнітною поля соленоїда. Соленоїд забезпечував в камері дрейфу створення імпульсного поля Н<1-Юе з т ~5Т03с та ступенем неод-торідності <5% на довжині 60 см при характерному розмірі пульсації іриблизно 12,5 см та масштабі неоднорідності на вході пучка в канал 'ранспортування-18 см. Для визначення інтегральних параметрів іон-того пучка (повного перепаду потенціала у пучку, прозорості області іднорідного Н-поля для проходження пучка ) використовувався циліндричний конденсатор довжиною 10 см та 05 см. Вимірювання юкальннх параметрів здійснювалося рухомими зондами Потенціал іростору і ступінь компенсації пучка вторинними електронами регу-іювалися подачею відповідного потенціалу на рухомич колектор, ілектрони з колектора мали можливість виходити вздовж силових іінін Н-поля іїа стінки камери, або ж утримуватися на колекторі при іідповідному позитивному потенціалі. Показано, що при позитивному

потенціалі колектора потенціал простору стежить за потенціалом ко лектора і практично йому відповідає. В умовах експерименту мінімальне значення (4В) плаваючий потенціал простору досягає прі иі<=20В і в подальшому із зростанням негативного потенціалу колек гора набуває невелике, але зростаюче позитивне значення (~1ОВ) Внміренні радіальні профілі іонного та електронного струму на зон; практично повторюють форму одне одного, а час встановленню квазістаціонарного стану іоно-пучкової плазми (час компенсації пучкг вторинними електронами) ~1-2мкс. Експерименти показали, що колі не забезпечувати відповідно до теоретичного аналізу відповідний кут входу пучка заданого радіуса в області Н-поля, ступінь компенсаці об’ємного заряду, величину магнітного поля соленоїда, то огинаючг пучка на деякому ефективному радіусі, що охоплює приблизно 9( відсотків струму буде осцилювати з довжиною хвилі 50-70 см, за довільно співпадаючої з довжиною хвилі нерівновагового пучкг Х»21//22лЛ/ь/соні. Досліджені залежності інтегрального проходженн* пучка від напруги на лінзі, потенціалу-колектора, величини Н-поля повного струму пучка та його енергії. Знайдені оптимальні, для умов експерименту, параметри Іь=300тА, ІІь^ЗОкеВ, Н=4,1кОе, ІІ|-ЗкВ Ь'і<=-40В, при яких огинаюча пучка іонів водню на протязі майже 40см зберігається в межах рівновагової орбіти. Показано також, що задаючи на колектор позитивний потенціал и^Іь/Уь, можна ефективне відбирати з пучка компенсуючі електрони, забезпечуючи високиіі ступінь декомпенсації пучка з а~1 і в такий спосіб реалізувати введення на квазібрилюенівську орбіту однокомпонентного іонного пучка.

У розділі 6.2 теоретично досліджується електромагнітна нестійкість іонно-електронного пучка в плазмі, стійкого по відношенню до розвитку електростатичної нестійкості, оскільки передбачається, що транспортні швидкості обох компонентів рівні (У|=УС). Як було показано е роботі (Блиох Ю., Онищенко И., Файнберг Я. Фізика плазми,1984,10,стр.638) для розвитку електростатичних коливань таке система має значний запас стійкості. У зв’язку з цим виник інтерес де аналізу стійкості такої системи з точки зору можливості розгойдуван-

їя непотенційних филаментаційних коливань. Послідовний облік заря-іової і струмової компенсації іонного пучка супроводжуючими елек-■ронами здійснений згідно загального дисперсійного рівняння малих електромагнітних коливань плазми. У явному вигляді одержано дпе-іерсійне рівняння, ідо описує як електростатичну пучкову ієстійкість, так і електромагнітну филаментаційну, яка не є резонанс-юю та має інкремент у0=(Уі/с)оз(,і • Відзначено, що облік непотенцій-юсті коливань позначається лише на нерезонансній гілці пучкової нестійкості, призводячи до збільшення інкременту. Детально ірсліджена стійкість низькочастотних (кУ|,|<<со<<ку,)е) поперечних к2=0) коливань беззіткненої щільної (пр>>іїь) плазми, пронизаної ¡компенсованим по струму (У;=УС) і заряду (ны^иье) пучком. Розгляд іроведено в припущенні, що іони пучка холодні, а електрони- гарячі м<<кУьс). Одержане дисперсійне рівняння таких коливань, Показано, до в області довжин хвиль кгиі,> У,/с (гої,- дебаївський радіус електронів пучка) в щільній плазмі, пронизуваній іонно-електронним пуч-<ом, що має одинакові швидкості компонент, може розвиватися аперіодична електромагнітна нестійкість. Ця нестійкість є відносно <ороткохвильовою та має резонансний характер. Максимальний нкремент досягається при У\/с і може суттєво перевищувати

шачення у0 .В області довгих хвиль нестійкість набуває диснпативно-'0 характеру за рахунок згасання на гарячих електронах плазми з кіаксимальним інкрементом, який також досягається при кгіл,= У\/с. Проаналізовані умови ирн виконанні яких нестійкість може носити або гідродинамічний, або дисипативний характер .Для прикладу, )цінені значення максимальних інкрементів при параметрах типових в устроях інерційного термоядерного синтезу.

В заключенні дисертації коротко сформульовані основні результати їкспериментальннх і теоретичних досліджень динаміки інтенсивіних іучків позитивних іонів в перспективних плазмооптичних системах.

1. Установлено експериментально і теоретично, що статичні та динамічні характеристики снльнострумової ПЛ плазмове середовище нкої формується іонним пучком амперного масштабу та електронами

вторинної емісії, суттєвим чином визначається силою струму пучка то проходить, конфігурацією силових ліній магнітного поля і розподілом зовнішнього потенциалу на фіксуючих електродах. В відсутність сферічних аберацій, що мають місце в ПЛ, колективні ко-линяння пов’язані з принципово невідстороненим радіальним градієнтом магнітного поля.

Вперше звернено увагу на те, що наявність сферичних аберацій в ПЛ може мати і позитивне значення, варіюючи ними можна заданим чином змінювати радіальний профіль пучка в заданому місці простору, зокрема, робити його однорідним.

2. Запропонована і досліджена експериментально і теоретично модель магнітоізольованого діодного проміжка в плазмооптичному режимі. Показано, що використана МДП може забезпечити на виході з екстрактора унікальних параметрів пучка (струм 6А, щільність струму

6 А/ем2 при тривалості імпульса близко 100 мкс і енергії 20кеВ).

Встановлено, що суттєвий вплив на стійкість стаціонарних станів МДІІ що розглядається, визначає дисипативна нестійкість короткохвильових коливань, пов’язана з наявністью кінцевої провідності замагнічених електронів у схрещених ЕН полях.

3. Вперше показано, що введення позитивного потенціалу в простір дрейфу інтенсивного іонного пучка, обмеженого заземленими стінками, приводить до подавления електричного поля об’ємного заряду і поліпшенню транспортних властивостей іонно-плазмового середовища. Дана якісна картина процесу підсилення газової компенсації пучка за рахунок включення електронів вторинної іонно-електронної емісії а механізм утворення плазмового середовища.

4. Експериментально встановлено, що плазмооптична система, яка являє собою імпульсний аксіально-симетричний розряд з струмом, що забезпечує введення магнітостатичного поля в об’єм пучка, може бути оптимізована за параметрами та використана, як ефективний іонно-оптичний елемент при фокусуванні інтенсивних іонних пучків. '

5. Згідно сучасних уявлень про транспортні властивості іонно-пучкової плазми проаналізовані результати багаточисельних експери-

«ентальних досіджень процесів формування і транспортування юліізотогіних пучків у специфічних умовах промислового елекгро-іагнітного сепаратора ізотопів. Показано, що замкненим дрейф елек-ронів, який вирівнює електричні потенціали вздовж напрямку іюшн-іення пучків і подавляє ефект посилення динамічної декомпенсації, а акож іонно-електронну пучкову нестіїкість, що мас; найбільші п(моторові інкременти розкачування високочастотних електронних коли-ань, необхідно враховувати при оптимізації технологічного процесу озділу ізотопів.

6. Показана можливість створення несуперечливої фізичної моделі вазібрилюенівского компенсованого іонного потоку в одорідному іагпітному полі. Проаналізований вплив різних параметрів на вид і тінкість рівновагових огинаючих пучка в області транспортування. Експериментально досліджено і показано, що варіювання параметрами області розрахункових значень рівновагових орбіт, дозволяй дійснювати введення інтенсивного іонного пучка на погоджену орбіту транспортування його в області однорідного магнітного поля за умов, оли конфігурація пучка відчуває мінімальні осциляції біля рівноваго-их орбіт. Продемонстрована висока ефективність використання ПЛ ля цих цілей.

Згідно лроведемннх у дисертації фундаментальних досліджень за-ропоновані деякі способи вдосконалення іонно-плазмових технологій, эхищених авторскими свідотцтвами.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

. Гончаров A.A., Толопа A.M. Получение ионных пучков ь диодах с замкнутым дрейфом электронов //в кн. "Ионные инжекторы и плазменные ускорители" под ред. Морозова А.И. и Семашко H.H.-М. Энергоатомиздат-1990-C. 33-42.

Goncharov A. Plasmaopticai Devices//in book “Handbook on Ion Sources” B.H. Wolf Edit. CRC-Press. Roca Raton. USA, 1995, p.p. 379-380.

3. Гончаров A.A., Проценко И.М., Циолко В.В. Экспериментально« исследование ионно-оптических свойств импульсной плазменноі системы с током //-ЖТФ-1980-№12, С.2556-2559.

4. Гончаров A.A., Маринченко A.B., Проценко И.М., Самков М.П. С величине электрического поля могнитоизолированного диодноп промежутка и предельных токах ионных пучков / /-УФЖ-1985-30 №9-С. 1339-1344.

5. Гончаров A.A., Проценко И.М., Самков М.П. Усиление эффект; газовой компенсации ионного пучка при низком давлении / / УФЖ-1986-56, №5-С. 931-935.

6. Гончаров A.A., Павленко В.Н., Ревенчук С.М. Электромагнитна?

неустойчивость системы плазма-скомпенсированный по току ион ный пучок //-ДАН УССР, Сер. А. Физ.-мат. и тех. науки-1986 №3-С. 60-63. .

7. Гончаров A.A. О возможности автомодельных состояний компенси рованных пучков ионов / /-УФЖ-1988-33- №3-С. 371-373.

8. Гончаров A.A., Затяган A.B., Проценко И.М. Экспериментально« исследование магнитоизолированного промежутка в плазмооптическом режиме //-ЖТФ-1988-58, №12-С. 2310-2314.

9. Гончаров A.A., Проценко И.М. Компенсация ионного пучка в независимо создаваемой плазме / / Новости термоядерных исследова ний. ГКАЭ СССР, Москва-1986-4(42)-С. 6.

Ю.Гончаров A.A., Проценко И.М. Магнитоизолированный диодны? промежуток в плазмооптическом режиме / / Новости термоядер ных исследований. ГКАЭ СССР, Москва-1986-4(42)-С. 9-10.

11.Гончаров A.A., Затяган A.B., Проценко И.М. Рассеивающая плаз менная линза //-Письма в ЖТФ-1989-15. №6-С. 1-4.

12.Гехтман М.И., Гончаров A.A. Об устойчивости ионного пучка е

слое со скрещенными ЕН полями и замагниченным электронным фоном //-ЖТФ-1990-60, №4-С. 72-76. ■ .

13.Гончаров A.A., Затяган A.B., Проценко И.М. Динамика формирования ионно-пучковой плазмы в пространстве дрейфа с положительным потенциалом / /-ЖТФ-1991-61. №10-С. 64-69.

. : Г Л.Л , Прицсико Ü.M. Формирование и транспортировка

лти^псмровзипых ионных пучков плазмооппмсскими системами / / ^/ФЖ-ШУЬЗб, №•! 1-С. 1659-1683.

15.Гя(5окнч М.Д., Гончаров A.A., Процеико И.М., Харитонов С.В. Фокусировка конного пучка е плотной плазме с током //-УФЖ-1976-. К110, C. I740-1 748.

!fi.Gortcbfti оу А.Л., Dobrovolsky A.N., Zatuagan A.V., Prolsenko l.M. Hir-;li-ri<rreni lens / / IEEE Transactions on Plasma Science-

)У.)2-а]., .N?5-p. -to/

1.7.Goncharov A.A., ?,atuagan A.V., Prolsenko l.M. Focusing and Control

oi Miiltiaperture Ion Beams by Plasma Jens // IHEE Transactions on Plasma Science-1993-21., №5-p. 2-5.

18.Goncharov A.A., Dobrovolsky A.N., Kotsarenko A.N., Protsenko l.M. High-current plasma lens and focusing of intense ion beams / / Rev. Sei. Inst.-1994-55, №4-p. 1428-1430. .

19.Гончаров A.A., Добровольский A.H., Коцаренко A.H., Морозов А.И., Проценко И.M. Статические и динамические свойства сильноточной плазменной линзы / / Физика плазмы-1994-20, №5, стр. 499-505.

2Q.A. Goncharov, N. Datsko, L Soloshenko “intensive ion beams in the irans-verse magnetic field of an electromagnetic separator” in XVI Int. Symp. on Disch. & Elect. Ins. in Vac., G.A.Mesyats, Editor, Proc. SPIE 2259. 1994. P.412-415.

21.Gabovich M.D., Goncharov A.A., Protsenko I.M., Kharitonov S.V. Dynamics of the ion beam in a plasma system with the current / / XIIIth Intern. Conf. on Phenomeri. in Ionia. Gases-1977, X, Berlin.

22.Goncha.rov A.A., Protsenko I.M., Samkov M.P. Dense ion beam stability in the EJLH accelerating layer with magnetized electrons / / XVI! Intern. Conf. on Phenomen. in loniz. Gases. Budapest.-1985.VII.-vol. I-p. 234-236.

23.Goncharov A.A., Pavlenko V.N., Revenchuk S.M. Electromagnetic

instability of ion-electron beam in plasma // intern. Conf. on Plasma Physics. Kiev.-1987.IV-3-p. 211-213. .

24.Гончаров А.Л., Затягаи Л.В., Проценко И.М. Процесс формироп

ния интенсивного ионного пучка в пространстве дрейфа с полок тельным потенциалом//VIII Вс.ес. симп. по снльн. эл. Свердлове 1990-1-С. 213-220. ,

25.Goncharov Л.A., Dobrovolsky A.N., Zatuagan A.V., Protsenko IJ High-current plasma lens // XV^1 Intern. Sump, on Disch. & Elec Ins. in Vac. (ISDEIV). Darmstadt. Germany-1992, September-p. 69 702.

26.Goncharov A.A., Zatuagan A.V., Protsenko l.M. Focusing and Contr of Plasma lens Multiaperture Ion Beams//XV^1 Intern. Sump, с Disch. & Elect. Ins in Vac. (ISDEIV). Darmstadt. Germany-199 September- p.703-706.

27.Goncharov A.A., Dobrovolsky A.N., Kotsarenko A.N., Protsenko LA High-current plasma lens and focusing of intense ion beams//51 Intern. Confer, on Ion Sources. Beijing, China-31.08-4.08, i993-p.

28.Гончаров А.А., Дацко Н.И., Солошенко И.А. Некоторые вопрос формирования и транспортировки полиизотопных ионных пучков промышленном электромагнитном сепараторе/ /И коне "Модификация свойств констр. материалов пучками заряженнь: частиц". Томск-8-10.02.1994-3 стр. 50-52

29.Гончаров А.А., Проценко И.М. Способ получений ионного пу ка//А.С. №1433321 от 22.06.1988 г.

30.Гончаров А.А., Затяган А.В., Проценко И.М. Способ ионной обр; ботки изделий // А.С. №1743243 от 23.06.92.

31.Гончаров А.А., Дацко Н.И., Солошенко И.А. Формирование транспортировка интенсивных ионных пучков в промышленно электромагнитном сепараторе изотопов//Препринт ИФ АН У( раины, Киев-1994

32.Гасанов И.О., Гончаров А.А., Проценко И.М. Плазмооптически системы формирования и фокусировки ионных пучков//Преприн ИФ АН УССР, Киев-1990, №4-39 стр.

.Гончаров Л.Л., Добровольский Л.H., Затяган A.B., Морозов Л.П., Процеико И.М. Исследование сильноточной плазменной линзы/ /Препринт ИФ АН Украины, Киев-1992, №2- 25 стр.

.Гончаров A.A., Процеико И.М., Самкоп М.П. Устойчивость плотного ком-пенсироваииого ионного пучка в EJ.IJ ускоряющем слое//VI Всес. кон«]), по (¡зизнке инзкотем. плазмы. Ленинград.• Тез. докл.-1983-Т. 1-С. 326-328.

.Гончаров A.A., Процеико И.М. Усиление газовой компенсации импульсного ионного пучка при низком давлении,//IV Всес. сими, по сильноточной электронике. Томск- Тез: докл.-1986-I.-C 211-213. .Гончаров A.A., Маринченко A.B., Процеико II.М., О предельном ионном токе магнитоизолнрованного диодного промежутка//^ Всес. симп. по сильноточной электронике. Томск- Тез. докл.- 1986-I- С. 214-216.

.Гончаров A.A., Затяган A.B., Процеико И М. Исследование магни-тоизоли-рованного диодного промежутка в плазмооптическом режиме//IV Всес. коиф. по плазм, ускор. и ион. инжект. Днепр.-Тез. докл.-1986-С. 110-111. ;

Гончаров A.A., Процеико И М. Компенсация ионною пучка в независимо создаваемой плазме//IV Всес. конф. ио плазм, ускор. и ион. инжект. Днепр.-Тез. докл.-1986-С. 112-113.

Гехтман М.И.,.Гончаров A.A., Устойчивость ионного пучка в слое со скрещенными полями и замагниченным электронным фоном / / Всес. семинар по плазменной электронике. Харьков,- Тез. докл,-1988-С. 158-159. "

Гончаров A.A., Затяган AB., Процеико ИМ. Динамика усиления компенсации ионного пучка в условиях иницированного им газового разряда при низком давлении//VII Всес. конф ио плазм, ускор. и мои. инжект. Харьков,- Тез. докл.-1989-С 149-150. •

Гончаров A.A., Литовко И.В. О диссипативной неустойчивости ионного пучка в однородном E-поле с замагниченным электронным фоном//VII Всес. конф. по плазм, уск. и мои. инж. Хар.- Тез. докл.-1989-С. 155-J56.

42.Гончаров A.A., Затяган A.B., Литовко И.В. Процекко И.м. О реализации квазибриллюэновского компенсированного ионного üy¡-ка//VII Всес. конф. по плазм, уск. и мон. инжект. Харьков.- Тез докл.-198Э-С. 561-162.

нчаров А.А.

Інтенсивньїе ионные пучки в плазмооптических системах”

[д диссертации- рукопись.

іссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, іециальность 01.04.04- физическая электроника, щита состоится в Институте физики НАН Украины,г.Киев, 1995г. щшдается 42 научных работы Установлены механизмы, определяющие пронес-формирования, управления и транспортировки интенсивных квазистацнонар-[X ионных пучков амперного масштаба в перспективных плазмооптичекпх снс-мах. Исследовании проведены в условиях,когда потенциалы нескомпенсирован-го пучка превышают потенциалы внешних полей, а компенсация объемного зада осуществляется электронами вторичной ионно-электронной эмиссии. Основ е внимание уделено таким системам: сильноточной плазменной линзе,маши-изолированному диодному промежутку,плазме с тококї и магнитному сепарато-изотопов.Обнаружен эффект усиления газовой компенсации интенсивного иного пучка при низком давлении за счет включения вторичных электронов в ханизм образования плазменной среды. Исследоваїіа динамика компенсирован-го ионного пучка, вводимого на квазибриллюэновскую орбиту в однородное гнитное поле и продемонстрирована эффективность использования сильноточ-й ПЛ для этих целей. •

mcharov А.А.

itense ion beams in plasmaoptical systems” pe of thesis- manuscript, ictor of Phys.-Math. Science Thesis. eciality-01.04.04- physical electronics.

fence will be held in the Institute of physics of NASU, Kiev, 1995. scientific publications are to be defended. Mechanisms of formation,control and nsport of intense quasistationar ampere scale ion beams in the perspective smaoptical systems are determined.Investigations are carried out under conditions ,er\ uncompensated beam potential exceeds those of external' fields and space arge compensation is provided by electrons of secondary ion-electron lission.First of all following systems are considered: high-current plasma

s,magnetically insulated diode gap,plasma with a current and magnetic separator isotopes.The phenomena of enhancement of intense ion beam compensation by idual gas under low pressure caused by secondary electrons introduction to the ichanism of plasma formation is discovered.Dynamics of compensated ion beam :h is set on quasibrillouin orbit in homogeneous magnetic field is investigated and ;h current PL efficiency for these purposes is demonstrated.

ючові. слова: інтенсивний іонний пучок,плазмооптична система, сильно-зумова плазмова лінза,магнітоізольований діодний проміжок,замагнічені елек-эни, квазінейтральність, простір дрейфу,електромагнітний сепаратор, нести-ть, іонно-оптичний елемент, квазібрілюенівська орбіта.

Гончаров Олексій Антонович НГП-ИСИйНІ ІОННІ ПУЧКИ Б ПЛАЗАЮОПТИЧНИХ СИСТЕМАХ

Підписано до друку 27.10,95. Фору..гг паперу 60x54/16. Гіг,пір офсетний 72 гр/м\ Офсетний друк. Ум. -друк.

;іркуіпіи 2.-15. Об.-вид. аркушів 2.1. Тираж 100. Зам 41

і-

С. ^ Г. О ¡іІТОІіН О

інститут фізики НДІЇ Укрчши, ВИТІ. 2:12022. КИЇВ-1%, ДСП, ир. Науки, 46