Классификация источников положительных ионов, страница 15

224                                             Глава 8

Вспомогательные катушки, расположенные вблизи эмиссионной области, подстраиваются таким образом, чтобы обеспечить баланс токов между двумя анодами, при котором достигаются оптимальные рабочие характеристики источника.

8.8. Идеализированный вариант источника

Теперь я предоставлю себе свободу воображения и попытаюсь мысленно сконструировать модель идеального источника (рис. 8.23). Магическая поверхность, которая включает в себя анод этого воображаемого источника, должна обладать следующими фантастическими свойствами: полностью отражать ионы и быстрые электроны, т. е. пропускать только термализованные электроны. Такой источник мог бы проявлять некоторые нужные свойства.

1.Поскольку достичь анода могут только медленные электроны, оптимальным   оказывается   использование   первичных электронов для образования ионоз.

2.  Поскольку все ионы (за исключением тех, что обязательно должны двигаться к катоду в силу требований, налагаемых существованием катодного слоя) принуждены двигаться в направлении эмиссионной области, энергетические   затраты   на образование ионного тока оказываются минимальными.

3.  За исключением области вблизи катода,   ионный поток везде будет иметь одно направление.   В соответствии с этим эквипотенциали имеют вид плоскостей, перпендикулярных оси системы. Вдоль каждой эквипотенциали распределение плотности плазмы имеет плоский характер, и плотность извлекаемого тока постоянна на всей эмиссионной поверхности. Изменение потенциала от экранирующего электрода в направлении

Рис. 8.23. Идеализированный ионный источник.

Классификация источников положительных ионов                       225

катода происходит так, как показано на рис. 3.9, где электрод находится в положении х/а=1. Можно ожидать, что, как обсуждалось в разд. 3.10, плотность нейтральных атомов будет обратно пропорциональна длине источника.

8.9. Магнитные границы

Создать такую структуру магнитного поля, которая по своим свойствам приближалась бы к магической поверхности, показанной на рис. 8.23, возможно, и способ получения подоб-

„Пикет фенс"

Силовые линии, магнитного поля

Рис. 8.24. Магнитная поверхность   типа    «пикет   фенс»   для    удержания плазмы.

ной поверхности путем использования различных сборок из постоянных магнитов показал свою эффективность и пригодность. Предшественником такой границы может служить магнитная конфигурация типа «пикет фенс» (picket fence — частокол), показанная на рис. 8.24 [270]. Такая конфигурация может быть образована рядом параллельных проводников с током, протекающим так, что обращенное к плазме поле имеет линейную остроугольную структуру. Изменение тока от проводника к проводнику может носить синусоидальный характер, и, таким образом, имеется несколько соседних проводников с. током, текущим в одном направлении, а затем следует группа из того же числа проводником с противоположным направлением тока. Или же (см. рис. 8.24) ток может менять направление от проводника к проводнику.

Проводники могут располагаться на плоскости или представлять собой коаксиальные окружности на поверхности цилиндра; проводники могут быть также ориентированы параллельно оси цилиндра (мы упомянули лишь о трех возможных вариантах этой конфигурации). Когда расстояние между проводниками мало по сравнению с радиусом кривизны поверхности, на которой они расположены, можно считать их прямыми, а саму поверхность плоском. Для такой конфигурации спад поля на расстоянии порядка (или больше) расстояния между проводниками будет иметь вид ехр(—πх/а), где а — расстояние между центрами соседних проводников, а х — расстояние от плоскости проводников. Таким образом, даже в случае очень сильного поля в плоскости 'Магнитной системы, поле на расстоя-