|
|
ков. Так получают синтезированные ион-электронные или ион-ионные пучки с компенсированным объ╦мным зарядом; при этом одновременно с компенсацией объ╦много заряда часто осуществляется необходимая токовая компенсация. В результате происходит переход к плазм, потокам, называемым в плотных И. п. ионно-пучковой плазмой. Из-за немаксвелловского распределения скоростей возникают коллективные явления ≈ электронные и ионные колебания. Коллективные эффекты, приводя к изменению фазового объ╦ма, также влияют на транспортировку И. п.
Для получения И. н. часто используют ионные источники с газоразрядными ионизац. камерами и тогда отбор ионов осуществляется не с фиксированной поверхности тв╦рдого тела, а с границы плазмы, перемещающейся при изменении внеш. условий или режима работы источника (рис. 2). В этом случае первичное
плазма
Рис. 2. Система первичного формирования ускоренного пучка попов, извлекаемых из плазменного источника: 7, 2, 3 ≈ йлектроды. J ≈ вогнутая граница плазмы, II≈плоская, выпуклая.
формирование И. п. связано с т. н. плазм, фокусировкой. При увеличении ускоряющей разности потенциалов U граница плазмы из выпуклой {///) становится вогнутой (/), создаются условия для фокусировки пучка. Электрод 2 с отверстием дл*я пучка, имеющий потенциал ншке потенциала заземл╦нного электрода 5, удерживает электроны, компенсирующие ионный пучок, и ускоряет сам ионный пучок, В дальнейшем И. п. могут фокусироваться с помощью эл.-статич. и магн. линз (см. Электронные линзы). Сжатие И. п. связано с их «охлаждением» ≈ уменьшением фазового объ╦ма. Одним пз методов охлаждения «горячего» И. и. является совмещение его с «холодным» электронным пучком. ∙ В 80-е гг. получают квазистационарные И. п. с током до 100 Л, импульсные -≈ с током до сотен тысяч А. Важной проблемой оста╦тся транспортировка таких пучков.
И. п. широко применяются в самых разл. областях науки н техники: в ускорителях, установках по осуществлению управляемого ионного термоядерного синтеза, в разнообразных техыол. установках, масс-спект-рометрии, установках для разделения изотопов, для исследования поверхности тв╦рдых тел, для т. н. сухого травления в технологии микроэлектроиики и т. д.
Лит.: Г а б о в и ч М. Д., Физика и техника плазменных источников ионов, М., 1972; его же, Ионно-пучковая плазма и распространение интенсивных компенсированных ионных пучков, «УФК», 1977, т. 121, с. 259; Семашко Н, Н. и др., Инжекторы быстрых атомов водорода, М., 1981; Б ы с г р и ц-к и и В. М., Д и д е II к о А. II., Мощные ионные пучки, М., 1984; Д и д е н к о А. Н., Л и г а ч ╦ в А. Е., Куракин И. Б,, Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов, М., 1987. М. Д. Габович.
ИОННЫЙ ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ (ИТС) ≈ возбуждение реакции термоядерного синтеза в дейтсрий-тритисвой (DT) мишени пут╦м сжатия и разогрева мишени бомбардировкой пучками ускоренных ионов. ИТС не осуществлен, а находится в стадии разработки.
Мишень для ИТС представляет собой шаровой слой и5 замороженной DT смеси массой в носк. мг, окруж╦нный тяж╦лой металлич. оболочкой, к-рая может иметь сложную несферич. форму. Реакция синтеза развивается благодаря тому, что сжатая и разогретая DT смесь в течение достаточного для реакции времени инерционно удерживается от разл╦та тяж╦лой наружной оболочкой. Идея ИТС высказана в 1974.
Мишень помещается в центре вакуумировашюго объ╦ма радиусом до 10 м и облучается одновременно неск, десятками импульсных ионных пучков, симметрично расположенных в одной плоскости. Устройство, уско-
1. Схема одинарной тр╦хслойной мишени.
ряюгцсе и формирующее ионные пучки (драйвер), находится вне объ╦ма реактора.
Исследуются физ. модели мишеней разл. структур. На рис. 1 в качестве примера схематично показана одинарная тр╦хслойная мишень шаровой формы. Энергия ионов выделяется в основном в промежуточном слое, состоящем из свинцово-ли-тисвой эвтектики. Механизм выделения энергии ≈ клас-сич. процессы ионизации. Суммарная энергия ионных пучков должна составлять от 3 до 10 МДж при длительности 20^-30 не, а суммарная мощность от 100 до 500 ТВт, что позволяет разогреть промежуточ- Рис ный слой до темп-ры ~ 100 эВ. Благодаря быстрому разогреву промежуточного слоя развивается огромное давление ~ 107 МПа, сжимающее по объ╦му DT смесь в 103≈104 раз и разогревающее е╦ до темп-р свыше 2 кэВ, Для разогрева DT смеси, помимо сходящейся ударной волны, эффективно используется эл.-магн. излучение, к-рое в основном задерживается внутри мишени. Эти процессы приводят к началу ИТС в центр, части мишспи. Термоядерные сс-частицы, образующиеся при развитии реакции синтеза, также задерживаются в мишени и отдают свою энергию соседним участкам. От центр, участков DT смеси к с╦ внеш. слоям распространяется термоядерная волна горения, в результате чего должно происходить почти полное сгорание всей DT смеси.
На рис. 2 представлена теоретик, зависимость термоядерного выигрыша У (отношения энергии, полученной в реакции синтеза, к энергии, вложенной в мишень) в одинарной мишени от вели-чины вложенной в мишень энергии. Ширина полосы со-ответствует неопредел╦нности совр. теории. При вложении энергии 10 МДж можно ожидать термоядерного выигрыша У=100.
Особенности ИТС ≈ пространственное разделенно
Рис- 2- Зависимость термоядерного выигрыша в одинарной мишени от величины вложенной в мишень энергии.
0.4
драйвера и реактора, упрощающее выбор конструкции и материалов реактора; объ╦мное вложение энергии в мишень, существенно повышающее долю полезно используемой энергии лучков; применение ионных ускорителей, развитие к-рых стимулируется мн. областями физики и техники; высокая прозрачность каналов транспортировки пучков.
Макс, мощность Р, к-рую может передать ионный пучок, фокусируемый на мишень, ограничена кулонов-ским расталкиванием частиц в пучке Р~(7~ и магн. самоограничением тока пучка Р^(у [здесь р ≈ отношение скорости иона к скорости света;
у ≈ лоренц-фактор: у≈(1≈р2)^ ^2; А ≈ ат. масса, Z ≈ заряд иона]. Пробег ионов в мишени не должен: превышать 0,2≈0,8 г/см2. Протоны обладают таким пробегом при энергиях ^10 МэВ, а тяж╦лые ионы (А ^200) ≈ при энергиях 50^-100 МэВ/нуклон. Как видно из привед╦нных ф-л, передача мощности ионными пучками существенно упрощается при высоком значении энер-
I
О
211
