[发明专利]强磁场下电子束注入约束方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于电子束注入技术，特别涉及一种强磁场下电子束横越磁场约束方法及其装置，本发明尤其适用于受控核聚变工程领域。

背景技术

在高能物理和可控聚变研究中，很多情形下都需要使电子束横越磁力线运动，而在很强的磁场（一般指1T以上的磁场）存在的情形下，电子束在沿磁场的方向没有约束力，会沿磁力线大部分直接漂走，很难横越磁力线注入。

解决这一问题传统的方法有以下几种，美国专利文献Patent Number：5,225,146；Date of Patent：1993年7月6日提出一种通过磁场梯度漂移的原理向聚变等离子体中注入电子束，但是该方法需要在电子注入口两侧外加磁体，该外加磁体产生的磁场改变了原来的装置本身的磁场，破坏了原来磁场的位形，大大降低了这种方法的实际效果。

专利文献CN 1112710C提出了一种利用电场漂移横越的方法来注入电子束，但是在更强磁场的条件下，大部分的电子沿着磁力线直接漂走，只有少部分的电子能够有效注入，这种方法虽然没有破坏原来磁场的位形，但是电子注入效率对于更强磁场下的应用来说不是很高。

这就向本领域的研究人员提出了一个崭新的课题，如何不影响本底磁场，而且效率比较高。本发明通过改进电场位形，不需要很复杂的技术手段，就能很好的解决这一问题

发明内容

本发明的目的在于提供一种强磁场下电子束注入约束方法，该方法解决了在强磁场下，电子不能够横越磁力线，而沿着磁力线漂走导致不能有效注入的问题，本发明还提供了实现该方法的装置，该装置可以使电子束横越磁力线并能很好的约束电子束。

本发明提供的一种强磁场下电子束注入约束的方法，其特征在于：在磁场中外加一个电场，该电场在沿磁场方向上形成电势阱位形，在垂直于磁场方向形成漂移电场，在所述电势阱中，电子束受到电场力分量的作用沿磁力线方向做往复运动，并在垂直磁力线方向上以电场漂移速度横越磁力线。

本发明提供的一种强磁场下电子束注入约束的装置，其特征在于：该装置包括负极板，正极板，阴极，以及第一、第二阱极板；负极板与正极板相对并与磁场方向平行放置，用于在加正负电压后形成漂移电场区；第一、第二阱极板板板沿磁场方向相对放置，用于在加相同的负偏压后形成电势阱区；阴极的发射面处于电势阱中，且阴极不能处于比阱极板更低的电位下。

作为上述关于装置的技术方案的改进，阴极的发射面法向与负极板法向的夹角为50°～70°。

作为上述关于装置的技术方案的进一步改进，第一阱极板、负极板和第二阱极板依次连成一体，形成弧形或者弯曲形状，阴极斜插在负极板中。第一阱极板、负极板和第二阱极板可以在一维竖直方向移动调节。

本发明具有下列突出的优点和显著的效果：

本发明方法通过电势阱的约束，使电子束在平行磁场的方向被有效地约束住，以电场漂移速度横越磁场。

本发明装置当阴极产生电子束后，电子束在平行于磁场的方向被很好的约束，并横越磁力线，而不会沿着磁力线漂走，同时也不会影响原来的磁场位形，并且注入的效率非常高，工艺的实现也简单易行。

附图说明

说明书附图为本发明方法的原理图以及所述的强磁场下电子束注入约束装置在可控核聚变研究中应用的示意图。

图1是本发明方法的原理图（X-Z平面）；

图2是本发明方法的原理图（X-Y平面）；

图3是本发明装置的三维立体图

图4是本发明在可控核聚变装置应用中的结构示意图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明方法是在与磁场正交的方向上，构造了新的电场位形，这个电场在垂直于磁场方向的分量远大于(一般指10倍以上)平行于磁场方向的分量，垂直于磁场方向的电场分量称为漂移电场，平行于磁场方向的电场分量称为电势阱，在电势阱的约束下，阴极发射的电子束在电势阱中沿磁场方向受到与运动方向相反的电场力分量的作用而做往复运动，电子束能够在强磁场下很好的被约束住，不至于沿磁力线漂离漂移电场区，然后电子束通过电场漂移横越磁场并注入。简单的说，本发明方法就是电子束在构造的电势阱中以电场漂移横越磁场。