В рамках создания проекта мощного импульсного генератора, способного ввести в низкоимпедансную нагрузку ток со временем нарастания ~ 100 нс без дополнительных ступеней усиления мощности, изготовлен и испытан первичный накопитель энергии в виде ступени линейного трансформатора LTD100/40 с запасаемой энергией 8 кДж, позволяющий получить на согласованной нагрузке импульс тока с фронтом ~ 100 нс при пиковой мощности ~ 50 ГВт.

Конструкция ступени LTD100/40 подобна конструкции ступени LTD100/18, разработанной в 2000 г., имевшей запасаемую энергию 3,6 кДж и обеспечивавшую на согласованной нагрузке импульс тока с фронтом  100 нс при пиковой мощности   20 ГВт. Строительство новой, более мощной ступени, было предпринято с целью подтвердить принципиальную возможность повышения энергозапаса и мощности ступеней типа LTD100 без увеличения длительности фронта выходного импульса.

Внешний вид ступени LTD100/40 со снятой боковой крышкой показан на рис. 1. Она содержит 40 конденсаторов Maxwell 31165 (100 кВ, 20 нФ) (1), сгруппированных в 20 пар. Конденсаторы каждой пары заряжаются до  100 кВ, при подаче пускового импульса в контуре каждой пары срабатывает свой газовый многозазорный разрядник (2) и все конденсаторы включаются на нагрузку.

Рис. 1. Внешний вид ступени LTD100/40

Руководитель работ - академик РАН Ковальчук Борис Михайлович.

Установлено, что инжекция интенсивного электронного пучка в плазму вакуумного дугового разряда приводит к эффективной генерации многозарядных ионов, особенно для материалов катодов, обеспечивающих при горении дуги высокий уровень содержания паров в плазме. При этом наблюдаемое максимальное зарядовое состояние для ионов свинца возрастает с 2+ до 7 +, а для ионов висмута с 2+ до 8+. Полученные результаты перспективны для использования в ионных инжекторах ускорителей тяжелых ионов, а также в технологических процессах ионной имплантации.

Основной результат исследований состоит в повышении доли многократно ионизованных частиц в плазме вакуумной дуги при воздействии электронного пучка. Эффект влияния электронного пучка для катода из висмута представлен на рисунке. Как видно из представленных данных в обычных условиях горения вакуумной дуги без инжекции электронного пучка в зарядовом спектре плазмы регистрируются только одно- и двухзарядные ионы висмута (верхний луч). Электронный пучок обеспечивает существенное увеличение доли высоких зарядовых состояний (нижний луч). С электронным пучком удалось достичь восьмикратной ионизации висмута. При этом средняя зарядность ионного пучка <Q> увеличилась практически вдвое, с 1,7 до 3,3

Рис. 2. Зарядовое распределение ионов висмута
с электронным пучком (нижний луч) и без него (верхний луч).

Руководитель работы -д.т.н., профессор, Окс Ефим Михайлович.

На основе спиральной формирующей линии и трансформатора Тесла разработан сильноточный импульсно-периодический ускоритель электронов с длительностью импульсов 130 нс, частотой повторения 200 Гц и средней мощностью электронного пучка 100 кВт в пачке длительностью 1 с.

Увеличение длительности импульсов высоковольтных генераторов приводит к необходимости увеличения длины формирующих линий. При относительно высокоомных нагрузках генератора проблема увеличения длительности импульсов может быть решена на основе использования спиральных формирующих линий. При сохранении запасаемой энергии применение спиральной линии позволяет увеличить импеданс генератора и длительность формируемых импульсов без существенного изменения размеров высоковольтного генератора. В результате проведенных экспериментов, была показана возможность создания высоковольтного наносекундного импульсно-периодического генератора на основе спиральной формирующей линии, зарядка которой осуществляется с помощью трансформатора Тесла с большим коэффициентом связи. Использование спиральной формирующей линии позволило увеличить длительность импульсов генератора в 4 раза по сравнению с обычной коаксиальной линией без изменения размеров генератора и увеличить эффективность передачи энергии в высокоомную нагрузку.
 

Рис. 3. Конструктивная схема сильноточного ускорителя.
1 - спиральная формирующая линия; 2 - трансформатор Тесла;
3 - газовый разрядник;4 - вакуумный диод; 5 - соленоид; 6 - электронный пучок