SU529712A1 - Источник ионов металлов - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к конструкции источников ионов и может быть также использовано в ускорительной технике.

Известны источники ионов металлов, содержащие тигель с помещенным в него рабочим веществом, ионизационную (или разр дную) камеру и, систему извлечени  l

В ионизационной (или разр дной) камере источников осуществл етс  ионизаци  паров рабочего вещества и образование ионов металлов. Дл  обеспечени  паровой фазы металлов разогрев тигл  в известных источниках осуществл етс  с помощью специальных подогревателей непосредственно пропусканием тока по тиглю или электронной бомбардировкой. Давление паров рабочего металла при этих способах нагрева ограничиваетс  максимально допустимой температурой Тигл , при которой он сохран ет свои конструктивные параметры, В р де случаев эта предельно-до пусти ма  температура может быть существенно ниже темпера1уры плавлени  металла тиг|Л  вследствие возможного образовани 

легкоплавких эвтектик при взаимодействий испар емого материала и материала тигл .

Кроме того, наличие разогретых до высоких температур конструктивных элементов , снижает надежность источников ионов, использующих рассмотренные способы разогрева рабочего вещества.

Известны источники ионов металлов, содержащие соосные анод, катод, отражатель электронов, расходуемый элемент их рабочего вещества и систему извлечени , в в которых расходуемый элемент из вещества выполнен как один из конструктивных элементов разр дной, камеры или все выполн ютс  из вещества (металла), ионы которого необходимо получать.

Пары рабочего вещества в этих источниках возникают вследствие разогрева в разр де элементов разр дной камеры или в результате катодного распылител . Однако поскольку испар емый материал  вл етс  в таких источниках составной частью конструктивных элементов.температура испар емого вещества ограничиваетс  температурой его плавлени  и достигнуть достаточно высокого давлени  пара, а следовательно , и высокой производ гельности источника не удаетс . Целью изобретени   вл етс  повышение производительности и надежности источник ионов металлов. Это достигаетс  тем, что предлагаемый источник снабжен соосными основными дополнительным катодами и анодом, размещенными последовательно вдоль оси между вйт гивающим электродом системы извлечени  и отражателем электронов. Кроме того, с целью повышени  эффективности использовани  рабочего вещества катод снабжен полостью, в которой размещ расходуемый элемент из рабочего вещества На чертеже изображен предлагаемый ис точник. Он состоит из дополнительного катода 1 с полостным катодом 2 и анода 3, выполненного из немагнитного материала в виде пр моугольной рамки в двух против сто щих гран х которой имеютс  отверсти  4 и 5. Перечисленные элементы образуют дополнительную разр дную камеру, магнитн поле в которой обеспечиваетс  посто нными магнитами 6, Полюсными наконечникам магнитов  вл етс  дополнительный полостной катод, в который напускают газ с опре ленной скоростью, необходимый дл  возбуж дени  отражательного разр да. Основна  разр дна  камера дл  генерации ионного пучка состоит из соосных отражател  электронов 7 с эмиссионным отверстием 8, плоского или полостного катода 9 и цилиндрического анода 1О из немагнитного материала. Рабочее вещество помещаетс  в случае плоского катода за отверстием в нем, в случае полостного катода - в катодной полости. Магнитное поле между отражателем электронов и катодом обеспечиваетс  посто нным магнитом 11 или специальным соленоидом . Электрическое питание предлагаемого источника ионов металлов осуществл етс  согласно схеме, показакгтэй на чертеже. Источник работает следующим образом. При подаче напр жени  и.между электрически соединенными катодами 1, 2 и анодом 3 во вспомогательной разр дной камере зажигаетс  низковольтный полокатодный отражательный разр д. Из плазмы этого разр да при подаче напр жени Uj между катодом основной разр дной камеры и анодом 3 вспомогательной разр дной каме ры осуществл етс  эффективное извлечение электронов через отверстие 4. Электронный пучок, формирующийс  в пространстве ускорени  межд}. отражателем электронов 7 и анодом 3, проникает в ос-, новную разр дную камеру через отверстие 8 и попадает в полость катода 9. Продольное магнитное поле, создаваемое восковкойразр дной камере магнитом 11, оказывает на пучок фокусирующее действие, вследствие Чего потери электронов пучка при дзи- жении их к аноду 10 оказываютс  незначительными . Электронный пучок обеслечивает локализованный разогрев, рабочего вещества в зоне взаимодействи  с ним, интенсивное испарение рабочего вещества в основную разр дную камеру и ионизацию паров рабочего вещества. При этом основна  масса рабочего вещества и конструктивные элементы основной и вспомогательной разр дных камер остаютс  относительно холодными . Вследствие этого расход мощности , затрачиваемой на испарение единицы массы рабочего вещества, оказываетс  наименьшим по сравнению с другими способами нагрева, используемыми в известных источниках ионов, так как в предлагаемом конструкции снижаютс  потери на Теплопроводность и излучение. Применение катода 9 с полостью оказываетс  более предпочтительным, поскольку при интенсивном испарении рабочего вещества давление паров в ней достаточно велико, вследствие чего в основной разр дной камере про вл етс  эф())ект полого катода, обеспечивающий интенсивную ионизацию пара в полости и в межкатодном пространстве при подаче напр жени  Up между электрически соединенными отражателем электронов 7, катодом 9 и анодом 10. Образовавшиес  в основной разр дной Камере ионы рабочего вещее гва, двига сь в направлении отражател  элекгронов 7, попадают в эмиссионное отверстие 8. Выход  в промежуток между отражателем электронов 7 и анодом 3, ионы ускор ютс  тем же напр жением, что и электронный пучок и, проход  через отверсти  4 и 5, попадают в свободное пространство, где могут быть использованы в технологических цел х или подвергнуты дополнительному ускорению. Поскольку во вспомогательной камере возбуждаетс  полукатодный отражательный разр д, допустимое минимальное давление в камере составл ет около 10 мм рт. ст. В совокупности с малыми размерами камеры такое давление не приводит к рассе нию пучка ионов и коэффи