Когда стало ясно, что для термоядерного синтеза с магнитным удержанием плазмы потребуются пучки ионов Н− с током несколько ампер, наиболее предпочтительными направлениями исследований стали сначала работы, связанные с двойной перезарядкой, а затем — с поверхностно-плазменным методом получения отрицательных ионов.Однако в 1970 г. во Франции группой исследователей из Политехнической школы (Палэзо) была начата серия экспериментов по измерению плотности ионов Н− в водородной плазме. Результаты оказались довольно неожиданными. В водородной плазме с низкой плотностью (1010 см -3) исследователи обнаружили (см. работу Бакал [13]) плотность отрицательных ионов, в 100 раз превышающую значение, получаемое исходя из известных процессов их образования и разрушения. В проведенном анализе предполагалось существование в плазме одного вида нейтральных частиц Н2 и одного вида ионов Н2+, что является достаточно корректным допущением для плазмы малой плотности, с которой они работали. На упомянутой выше Брукхейвенской конференции по отрицательным ионам, где было сделано сообщение о работе этой группы, был представлен весьма полный обзор [55] процессов образования и распада ионов Н−. Исходя из того что сечения процессов распада многократно превышают сечения процессов образования, авторы обзора сделали заключение о малой вероятности существования сколь-нибудь высокой плотности отрицательных ионов в лабораторной плазме.
Тремя годами позже на очередной большой конференции по отрицательным ионам в докладе группы Бакал [14] сообщалось о проведении исследований в области плотности плазмы ~1011 см-3. Для такой плазмы было получено отношение nН−/ne достигавшее величины 0,35. Однако на конференции не было представлено отдельного доклада о получении пучков ионов Н− непосредственно из плазмы разряда. Ясно, что метод объемной генерации отрицательных ионов имеет существенное преимущество, заключающееся в отсутствии цезия или других загрязняющих веществ, как это имеет место в методе двойной перезарядки или поверхностно-плазменном методе. Однако этому методу присущи значительные трудности, связанные с извлечением отрицательных ионов из плазмы. Поскольку обычно плазма имеет положительный потенциал относи своего окружения, она представляет собой потенциальную для ионов Н−. Преодолеть это затруднение просто путем подачи на электрод, содержащий извлекающее отверстие, потенциала более положительного, чем анодный, нельзя, так как в отсутствие магнитного поля, препятствующего движению электронов на эмиссионный электрод, плазма останется более положительной, чем самый положительный электрод на ее границе.
В работе Леунга и др. [186] предпринята попытка решить эту проблему путем использования показанного на рис.10.19. двухкамерного источника с остроугольной конфигурацией магнитного поля. В экспериментах с этим источником были также накоплены экспериментальные данные о механизме образования ионов Н−, который позволял объяснить результаты экспериментов группы исследователей из Политехнической школы (Палэзо).
Рис. 10.19. Схематическое изображение двухкамерного плазменного источника Леунга, Элерса и Бакал [186].
Изучение эмиссионных свойств двухкамерного источника проходило в три этапа. На первом этапе отсутствовал сам магнитный фильтр, т. е. не были установлены постоянные магниты, создающие поперечное поле. Вытягиваемый ток ионов Н− был довольно мал (2 мкА), в то время как ток сопутствующих электронов был по меньшей мере в 9000 раз больше. После установки магнитного фильтра, разделившего плазменный объем на две области (причем в области, из которой осуществляется извлечение ионов, температура электронов значительно более низкая), ток ионов Н− возрос до 10 мкА, а электронный ток существенно снизился. При подаче на плазменный электрод (граничащий с плазмой электрод, б котором расположено эмиссионное отверстие) потенциала + 2,5 В извлекаемый ток отрицательных ионов возрос до 23 мкА, однако электронный ток был все еще в 100 раз больше ионного. Когда же поперек эмиссионной щели было создано магнитное поле (рис. 10.19), ток сопутствующих электронов стал примерно равен ионному току. Выход ионов Н− возрастал почти линейно с разрядным током, и при 350 А последнего со щели размером 0,15 см ×1,3 см удалось получить пучок плотностью 38 мА/см2.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.