Novel methods for improvement of a Penning ion source for neutron generator applications

Abstract

Penning ion source performance for neutron generator applications is characterized by the atomic ion fraction and beam current density, providing two paths by which source performance can be improved for increased neutron yields. We have fabricated a Penning ion source to investigate novel methods for improving source performance, including optimization of wall materials and electrode geometry, advanced magnetic confinement, and integration of field emitter arrays for electron injection. Effects of several electrode geometries on discharge characteristics and extracted ion current were studied. Additional magnetic confinement resulted in a factor of two increase in beam current density. First results indicate unchanged proton fraction and increased beam current density due to electron injection from carbon nanofiber arrays.

Моды Разряда Пеннинговского Ионного Источника При Импульсном И Стационарном Режиме Питания

“…Данные моды влияют, прежде всего, на реальное распределение потенциала (в радиальном и осевом направлениях) внутри разрядной ячейки и, как показано в работах [8,10], определяют значения ионной и электронной компоненты разрядного тока. В большинстве современных работ, посвященных исследованиям ПИИ, приводятся зависимости тока разряда от различных физических параметров (давления, напряжения на аноде, величины магнитного поля) в стационарном режиме питания [5,[11][12][13][14][15][16][17]. В тоже время работ, в которых исследуется динамика зажигания разряда Пеннинга и его параметров при импульсной подаче напряжения на анод, крайне мало [3,[18][19][20].…”

Разрядные Характеристики Плазменного Источника Пеннинга

“…Благодаря своей простоте и надежности данный тип разряда применяется в различных областях науки и техники. Широкое распространение получили магниторазрядные датчики давления [1], ионные источники как для напылительных установок [2], так и для миниатюрных линейных ускорителей [3][4][5]9,10]. Данный тип разряда применяется и в системах электромагнитной сепарации изотопов [6], в источниках калиброванного светового излучения [7], в источниках гипертермальных пучков нейтральных частиц [12].…”

“…В большинстве работ приводятся только зависимости тока разряда от различных физических параметров (давления, напряжения на аноде, величины магнитного поля) [3][4][5][6][7][8]11,[16][17][18][19] или зависимости тока разряда от некоторых геометрических параметров разрядной ячейки [13][14][15][16][17][18][19]. В нескольких работах, посвященных исследованию характеристик миниатюрных линейных ускорителей [3,5], измеряется также масс-зарядовый состав эмитированных ионов. Однако практически во всех работах не приводится энергетическое распределение ионов в разряде, нет данных о режимах его горения и практически нет теоретических оценок тока разряда.…”

Ion Beam Profile Diagnostic Methods for Vacuum Arc Ion Source in Sealed-Tube Neutron Generator

“…Various types of neutron generators have been made and tested at different groups [3]- [5]. A wide variety of applications ranging from medical and basic science to homeland security are in need of compact high-flux neutron generators, especially in neutron activation studies, detection of explosives, detection of special nuclear materials, neutron radiography, and chemical analysis [6]- [8].…”