Потенциал плазмы натриевой струи был равен +4В, а температура электронов — лишь 0,7 эВ. Потенциал пучка, прошедшего через мишень, был также положительным, но не превышал 1В, так что результирующая разность потенциалов препятствовала проникновению электронов в пучок ионов Н−. Не на это оказалось необходимым задействовать дополнительные средства для отсечения электронов и предотвращения большого электронного тока совместно с ионным пучком. На выходе из мишени была создана область с поперечным полем (b = 85 Гс), за которой располагался находящийся под отрицательным потенциалом электрод. При токе пучка Н− менее 2 А для полного отсечения электронов достаточно потенциала 10—20 В. При токе 3,5 А требуемое напряжение возрастало до 400 В, и из опубликованных материалов неясно, что было предпринято в случае еще большего пучка.
Ускоритель ионов Н− представлял собой большую одноапертурную систему. Можно предположить, что использование точных электродов позволило бы произвести отсечения электронов при более низком потенциале для значительно больших ионных токов. Пучок ионов Н− с током 5,5 А, ускоренный до энергии 80 кэВ, имеющий отношение своих поперечных размеров, равное 8, обладает нормированным первеансом П = 0,56 [см. уравнение (2.116)] и, таким образом, влияние пространственного заряда оказывается достаточно существенным при ускорении и транспортировке этого пучка. Поскольку любая расходимость, сравнимая с расходимостью при П = 0,6 (см. рис. 2.15), была бы с легкостью обнаружена, можно предположить, что пространственный заряд доускоренного пучка ионов Н− был скомпенсирован положительными ионами, образовавшимися при взаимодействии быстрых ионов Н− с окружающим газом.
Очень важно, чтобы размеры пучка в области мишени были как можно меньше. При больших поперечных размерах мишени затруднительно сделать струю достаточно узкой, и поэтому возникает необходимость отодвигать ее от источника, так чтобы пары цезия или натрия не мешали его нормальному функционированию.
В работах [107] и [68] (рис. 10.8) была предпринята попытка решить проблему получения пучка малого диаметра вблизи используемой в этих экспериментах цезиевой мишени [15] путем сжатия пучка на пути к мишени с помощью аксиального магнитного поля. В этом поле осуществляется работа самого источника и происходит удержание пучка в размерах, определяемых размерами мишени (мишень представляет собой сверхзвуковую струю паров цезия; ее разработка была осуществлена Бакал [15]).
Рис. 10.8. Схема эксперимента по двойной перезарядке [68].
В этом эксперименте использовался источник радиочастотного типа, в который вводилось излучение мощностью ~8 кВт и частотой 8,3 ГГц; это излучение сильно поглощается плазмой в задней части источника там, где магнитное поле равно 0,3 Т, вследствие электрон-циклотронного резонанса. На выходе источника в том месте, где осуществлялось извлечение ионов (использована одноэлектродная ускоряющая система как описывалось в разд. 5.10Е), магнитное поле спадало до 500 Гс. Размеры вытягивающей поверхности 14×14 см2, она представляла собой набор отверстий диаметром 0,5 мм каждое; прозрачность системы составляла 50%. При той низкой плотности плазмы, при которой проходила работа источника, на извлекающий электрод поступал ионный ток плотностью 20 мА/см2, что позволяло иметь плотность тока в вытянутом пучке 10мА/см2, 85% тока пучка составляли протоны. Плазма поддерживалась под потенциалом 300—500 В относительно извлекающего электрода. Угловую расходимость пучка легко оценить исходя из уравнения (5.18). Полагая, что в пучке содержится 10% ионов Н2+ и 5% ионов Н3+, получим эффективное значение χ = 5,1∙10 -8 А/В3/2, для которого оцениваемая угловая расходимость пучка при ускоряющем напряжении 300 В оказывается равной 4,2°, а при 500 В — 2,8°. Уменьшение площади пучка в четыре раза при его транспортировке от извлекающего электрода до цезиевой мишени (из-за возрастания магнитного поля от 0,05 Т до 0,2 Т) удвоит его угловую расходимость. Поскольку процесс преобразования ионов Н+→Н− является процессом двухступенчатым с образованием заряженной и нейтральной частиц, каждая из которых движется по собственной траектории, эммиттанс пучка при прохождении мишени будет возрастать вне зависимости от эффектов рассеяния. Для тонкой цезиевой струи (см. работы [163, 15]) влияние процессов рассеяния на угловую расходимость может быть незначительным.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.