On a possibility of creation of positive space charge cloud in a system with magnetic insulation of electrons

Abstract

We describe a new approach for creation an effective, low-cost, low-maintenance axially symmetric plasma optical tools for focusing and manipulating high-current beams of negatively charged particles, electrons and negative ions. This approach is based on fundamental plasma optical concept of magnetic insulation of electrons and non-magnetized positive ions providing creation of controlled uncompensated cloud of the space charge. The axially symmetric electrostatic plasma optical lens is well-known and well developed tool where this concept is used successfully. This provides control and focusing high-current positive ion beams in wide range of parameters. Here for the first time we present optimistic experimental results describing the application of an idea of magnetic insulation of electrons for generation of the stable cloud of positive space charge by focusing onto axis the converging stream of heavy ions produced by circular accelerator with closed electron drift. The estimations of a maximal concentration of uncompensated cloud of positive ions are also made.

Запропоновано новий підхід до створення ефективних, недорогих аксіально-симетричних плазмово- оптичних приладів для фокусування та керування сильнострумовими пучками негативно заряджених часток: електронів та негативних іонів. Цей підхід базується на фундаментальній плазмооптичній ідеї щодо використання магнітної ізоляції електронів та незамагниченності іонів у створенні керованої нескомпенсованої електронної хмари просторового заряду. Прикладом широко вживаного та добре розвинутого приладу, де зазначена ідея успішно використовується, може бути аксиально-симетрична електростатична плазмова лінза. Вона дозволяє контролювати та фокусувати сильнострумові позитивні пучки іонів в широкому діапазоні параметрів. В роботі наведено оптимістичні експериментальні результати, що описують застосування ідеї магнітної ізоляції електронів для створення стабільної хмари позитивного просторового заряду шляхом фокусування на вісь потоку важких іонів, які генеруються тороїдальним прискорювачем з замкненим дрейфом електронів. Зроблено оцінки максимальної концентрації іонів в хмарі нескомпенсованого позитивного заряду.

Описан новый подход к созданию эффективных, недорогих аксиально-симметричных плазмо-оптических приборов для фокусировки и управления сильноточными пучками отрицательно заряженных частиц: электронов и отрицательных ионов. Этот подход основан на фундаментальной плазмооптической идее использования магнитной изоляции электронов и незамагниченности ионов для создания контролируемого нескомпенсированного электронного облака пространственного заряда. Примером широко распространенного и детально разработанного устройства, где описанная идея успешно используется, может быть аксиально- симметричная электростатическая плазменная линза. Она позволяет контролировать и фокусировать сильноточный положительный пучок ионов в широком диапазоне параметров. В работе впервые представлены оптимистичные экспериментальные результаты, описывающие применение идеи магнитной изоляции электронов для создания стабильного облака положительного пространственного заряда путем фокусировки на ось сходящегося потока тяжелых ионов, поставляемых тороидальным ускорителем с замкнутым дрейфом электронов. Сделаны оценки максимальной концентрации ионов в облаке нескомпенсированного положительного заряда.