Здесь мы опишем схему одного про- стейшего масс-сепаратора квазинейтральных потоков, содержащих ионы с разными массами, но с одинаковым зарядом. Разработка такого сепаратора сейчас начата. Идея этого сепаратора, в известном смысле, отталкивается от принципа энергоана- лизатора Юза-Рожанского (рис. 1.4.4.). А именно, если сделать так, чтобы энергия 5.7. Плазмооптика (гибридные модели) 265 частиц, поступающих в цилиндрический конденсатор зависела только от массы частиц (гКИН = г(т)), то на разных расстояниях от опорной поверхности будут фоку- сироваться частицы с разными массами. Такой сепаратор осесимметричной геометрии с однородным магнитным полем, ориентированным вдоль оси системы, и радиальным Е-полем изображен на рис. 5.7.4. В этом сепараторе дрейф очевидно замкнут. На рисунке видно, что ионный поток поступает в сепаратор от кольцевого достаточно сильноточного источника. Им может быть ионный инжектор или плазменный уско- ритель с замкнутым дрейфом. При этом от источника требуется, чтобы уровень азимутально несимметричных шумов бы мал, и на выходе из канала хаотическая азимутальная компонента скорости была мала 5щ_ VM AM E.7.7) где AM — разделяемая разность масс ионов. Кроме того, предполагается, что плотность частиц в потоке сравнительно слабо колеблется. Рис. 5.7.4. Схема плазмооптического масс-сепаратора с ^-фокусировкой (ПОМС-Е): 1 — коль- цевой плазменный ускоритель — источник ионов, 2 — азимутатор, 3 — сепарирующий объём, 4 — наружный цилиндрический положительный электрод, 5 — внутренний отрицательный электрод, б — приёмники разделённых масс (Mi, M% — державки приёмников), 7 — катушки слабого магнитного поля Но в сепарирующем объёме, служащего для замагничивания элек- тронов, 8 — фокусировка ионов, вышедших из одной точки кольцевой щели Компенсированный ионный ("плазменный") поток подходит к входной щели се- паратора перекрыт достаточно сильным поперечным магнитным полем. Этот блок сепаратора называется азимутатором. Магнитный поток, пересекаемый частицами, равен 2тг"ф = 2irRhH, где h — ширина азимутатора, R — радиус щели. В силу закона сохранения момента количества движения (на входе в канал ускорителя считаем в = = О, ф = 0) тгЧ + -?/> = ?>« 0. с 266 Гл. 5. Кинетика двухкомпонентной плазмы при классических столкновениях г, см 200 150 - а =2,5 100 м=т Z , СМ 100 200 300 400 500 -50 — -100 б -200 100 -100 0 Рис. 5.7.5. Расчётные траектории ионов в плазмооптическом масс-сепараторе ПОМС-Е: проек- ции на плоскость (г, z) траекторий ионов разных масс, вышедших из одной точки источника с одинаковой энергией, рассчитанные в одночастичном приближении (а); проекции на плос- кость (г, в) при тех же условиях (б) Частицы, пройдя азимутатор, приобретают азимутальную скорость eHh ve = . с т Эта скорость зависит только от массы частицы и здесь применима формула A.4.16в) для смещения по радиусу т После прохождения азимутатора частица сохраняет часть продольной скорости Здесь нулем отмечена скорость частиц перед азимутатором, а буквой А — компонен- ты скоростей после азимутатора. Пример расчётных траекторий в таком сепараторе дан на рис. 5.7.5. 5.7. Плазмооптика (гибридные модели) 267 Оценки показывают, что такой сепаратор диаметром ~ 3 м может за год перера- батывать ~ 20—ЗОт вещества со средней атомной массой ~ 50—100. Поэтому такие плазмооптические сепараторы способны внести большой вклад в технологию, особен- но в атомной промышленности, где реально требуются изотопно чистые конструкци- онные материалы, а также необходима сепарация отходов ядерных предприятий.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Плазмооптический масс-сепаратор» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
