Источники отрицательных ионов. Двойная перезарядка, страница 7

Для удаления электронов из пучка ионов Н⁻ перед его ускорением  до высоких энергий было    предложено   (см.  работу [68])   создать область с резко спадающим  магнитным   полем. При прохождении пучка через эту область электроны из него уходят, а ионы продолжают движение по своей    траектории. Однако при этом, в соответствии с теоремой Буша, их траектории претерпевают  скачок  в   поперечном   направлении.  Азимумальная скорость, сообщаемая ионам в этом процессе, задаётся формулой

υ_ф = erB/2M,                                                                               (10.1)

и эквивалентное напряжение получается из уравнения

1/ 2 M υ²_ф = eV_ф ,                                                                             (10.2)

что приводит к выражению

V_ф =qr²B²/8M ,                                                                                   (10.3)

Для ионов Н⁻, расположенных на  расстоянии 8 см от оси пучка  в магнитном поле 0,05 Т,  V_ф  = 192  В,  а  для  ионов D⁻ имеем V_ф = 96 В. После ускорения такого пучка до энергии, например, 300 кэВ, его угловая расходимость окажется равной лишь 1^о (для ионов D⁻). Данный метод чрезвычайно сложный, и , судя по отсутствию каких-либо сообщений о работе в этом направлении на конференциях по отрицательным ионам в Палэзо и Брукхейвене (1986 г.), эти эксперименты, по-видимому, были прерваны.

В методе  двойной   перезарядки   использовались   источники, разработанные ранее совершенно для других целей. Их доработка была связана  с установкой  и  испытанием  специальных мелкоячеистых извлекающих электродов. Например, при ускоряющем напряжении 500 В и плотности тока 0,23 А/см² извлекающий электрод будет нагрет пучком до температуры 2200 К, что является вполне допустимым для вольфрама  (см. обсуждение в разд. 5.10). Если его прозрачность равна 70%, а пучок содержит 85% ионов D⁺, то плотность тока результирующего пучка ионов D⁺  составит 137 мА/см². Пучок с таким компонентным составом (85% ионов D⁺, 10% ионов D₂+ и 5% ионов D₃+) будет иметь χ=3,4∙10^-8  А/В^3/2 и угловую расходимость 4,27° [см. уравнение (5.18)]. Если вытягивание пучка осуществляется с площади диаметром 10 см и извлекающий электрод имеет такой профиль, как показано, на рис. 5.31, то можно добиться того, что поперечные размеры пучка на расстоянии 50 см от источника (т. е. там, где он пересекает цезиевую мишень) не будут превышать 10 см. Можно ожидать, что пучок ионов D⁺ с током 11 А, пройдя через мишень, создаст пучок ионов D⁻ с током 3,6 А, готовый для ускорения до высоких энергий. К недостаткам данной системы следует отнести хрупкость электродов, что уже обсуждалось в разд. 5.10Е.

10.3. Поверхностно-плазменный метод генерации ионов Н ⁻и D⁻

А. Первые эксперименты по получению пучков высокой плотности поверхностно-плазменным методом

В реальной плазме содержатся не только электроны и положительные ионы, но и в том случае, если какая-либо категория атомов или молекул имеет устойчивое состояние при присоединении лишнего электрона, отрицательные ионы. Процесс эмиссии отрицательных ионов из плазмы будет обсуждаться достаточно подробно в разд. 10.4, однако и так очевидно, что то поле, которое будет извлекать и ускорять отрицательные ионы, будет извлекать и ускорять электроны, плотность потока которых из плазмы значительно превосходит плотность потока отрицательных ионов в том случае, если электроны не отсекаются магнитным полем. Поэтому плазма, в которой происходит генерация отрицательных ионов, должна быть помещена в магнитное поле или по крайней мере в области извлекающего отверстия должно быть создано поперечное магнитное поле, которое бы сильно снижало электронный поток, и в то же время прошедшие через него ионы имели бы допустимую величину отклонения.