ПОВЫШЕНИЕ ТОКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКА ИОНОВ ПЕННИНГА В МАЛОГАБАРИТНОЙ УСКОРИТЕЛЬНОЙ ТРУБКЕ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ЧАСТЬ 2

И. М. Мамедов, С. П. Масленников

Аннотация


Актуальность. Ресурс и стабильность работы – важные характеристики малогабаритных ускорительных трубок. Магнитное поле источника ионов Пеннинга – один из параметров, оказывающих воздействие на эти характеристики. Цель работы – экспериментальная верификация расчетных результатов работы источника ионов Пеннинга при различных параметрах магнитного поля для повышения ресурса и стабильности малогабаритных ускорительных трубок. Материал и методы. Ранее провели численное моделирование (Magnetic Fields COMSOL Multiphysics) различных режимов работы, результаты представлены в статье «Повышение токовых характеристик источника ионов Пеннинга в малогабаритной ускорительной трубке при изменении магнитного поля. Часть 1». Далее расчетные результаты экспериментально верифицировали на откачном вакуумном стенде с разборными макетами ионных источников. В исследованиях режимов генерации нейтронов и работы ионных источников с различными магнитными системами использовали запаянную ускорительную трубку. Результаты. Магнитная система, в которой индукцимагнитного поля имела максимальные значения вблизи катода и снижалась в направлении антикатода, экспериментально продемонстрировала наиболее выгодные рабочие режимы источника ионов Пеннинга: заданные уровни ионного тока и генерируемого потока нейтронов в запаянной ускорительной трубке обеспечивались при меньшем давлении газа при сохранении условий работы системы питания и стабильности режимов работы. Заключение. По результатам исследований определены варианты магнитной системы источника ионов Пеннинга, исключающие зажигание побочного разряда, что способствует повышению ресурса ускорительной трубки. Экспериментальная верификация выбранного оптимального варианта магнитной системы подтвердила возможность генерации заданного потока нейтронов ускорительной трубкой при меньшем давлении газа и неизменных режимах работы системы питания.

Ключевые слова


источник ионов Пеннинга, нейтронная ускорительная трубка, импульсный нейтронный генератор, магнитное поле, магнитная система, разряд Пеннинга, импульсный газовый разряд, экспериментальная верификация, вакуумный стенд

Литература


Сыромуков С.В., Добров Р.В., Мельник А.В. и др. Мощный генератор нейтронов НГ-14 с запаянной трубкой для ядерных технологий. — Атомная энергия, 2014, т. 117, № 6, с. 350–352. https://elibrary.ru/tfwnwx

Головин Д.В., Мокроусов М.И., Митрофанов И.Г. и др. Прибор АДРОН-ЛР для активного нейтронного зондирования состава лунного вещества. — Астрономический вестник. Исследования Солнечной системы, 2021, т. 55, № 6, с. 542–549. https://elibrary.ru/rmzocp https://doi.org/10.31857/S0320930X21060049

Рачков Р.С., Пресняков А.Ю., Юрков Д.И. Исследование влияния магнитного поля скважины на нейтронную трубку геофизической аппаратуры. — Атомная энергия, 2019, т. 126, № 6, с. 334–337. https://elibrary.ru/cexhbg

Сыромуков С.В., Степнов В.В., Добров Р.В. и др. Генератор нейтронов НГ-24 для ядерной медицины и термоядерных исследований. — Атомная энергия, 2015, т. 119, № 1, с. 58–60. https://elibrary.ru/uekitn

Aleksakhin V.Y., Bystritsky V.M., Zamyatin N.I. et al. Detection of diamonds in kimberlite by the tagged neutron method. – Nucl. Instr. Meth. Phys. Res., A, 2015, v. 785, p. 9–13. https://elibrary.ru/ufplkn https://doi.org/10.1016/j.nima.2015.02.049

Алексахин В.Ю., Быстрицкий В.М., Замятин Н.И. и др. Применение метода меченых нейтронов для обнаружения опасных веществ под водой. — Письма в ЭЧАЯ, 2013, т. 10, № 7, с.1384–1395. https://elibrary.ru/gwzisn

Mamedov I.M., Kanshin I.A., Mamedov N.V. Validating a computational model of target sputtering in a miniature linear accelerator. — Bull. Russ. Acad. Sci. Phys., 2024, v. 88, No. 4, p. 469–477. https://elibrary.ru/byadiw https://doi.org/10.1134/S1062873823706086

Rovey J.L. Design parameter investigation of a cold-cathode Penning ion source for general laboratory applications. — Plasma Sources Sci. Technol., 2008, v. 17, p. 035009. https://doi.org/10.1088/0963-0252/17/3/035009

Liu W., Li M., Gao K., Gu D. Discharge characteristics of a penning ion source for compact neutron generator. — Nucl. Instr. Meth. Phys. Res., A, 2014, v. 768, p. 120–123. https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.09.052

Fathi A., Feghhi S.A.H., Sadati S.M., Ebrahimibasabi E. Magnetic field design for a Penning ion source for a 200 keV electrostatic accelerator. — Nucl. Instr. Meth. Phys. Res., A, 2017, v. 850, p. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.nima.2017.01.028

Noori H., Khodabakhshi E., Jogi I. The effects of uniform versus non-uniform magnetic field on characteristics of a Penning ion source. — Nucl. Instr. Meth. Phys. Res., A, 2020, v. 962, p. 163667. https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.163667

Mamedov N.V., Gubarev A.V., Zverev V.I. et al. Magnetic field design for miniature pulse penning ion source. — Plasma Sources Sci. Technol., 2020, v. 29, No. 2, p. 025001. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab6758

Mamedov N.V., Maslennikov S.P., Solodovnikov A.A. et al. Effect of the magnetic field on the characteristics of a pulsed Penning ion source. — Plasma Physics Reports, 2020, v. 46, No. 2, р. 217–229. https://doi.org/10.1134/S1063780X20020063

Мамедов И. М., Масленников С.П. Повышение ресурса источника ионов Пеннинга миниатюрного линейного ускорителя. — Атомная энергия, 2025, т. 138, № 4, с. 207–211. https://elibrary.ru/uikafq https://doi.org/10.1007/s10512-025-01253-5

Мамедов И.М., Масленников С.П. Повышение токовых характеристик источника ионов Пеннинга в малогабаритной ускорительной трубке при изменении магнитного поля. Часть 1. — Атомная энергия, 2025, т. 139, вып. 1, с. 32–35. https://elibrary.ru/gatrch

Смирницкая Г.В., Рейхрудель Э.М. Электрический разряд с холодным катодом при низких давлениях в магнитном поле. — Журнал технической физики, 1959, т. 29, № 2, с. 153–162.

Каньшин И.А., Солодовников А.А. Измерение эмиттанса пучка заряженных частиц в малогабаритных линейных ускорителях. — Приборы и техника эксперимента, 2020, № 3, с. 30–39. https://elibrary.ru/oeszkg https://doi.org/10.31857/S0032816220030118

Масленников С.П., Мамедов И.М. Исследование режимов работы ионных источников Пеннинга в магнитных полях с неоднородным распределением. — Атомная энергия, 2022, т. 133, вып. 1, с. 50–53. https://elibrary.ru/wdbfum


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.