ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ Российский патент 2004 года по МПК H01J17/06 

Изобретение относится к устройствам для получения пучков ионов и может найти применение в ускорительной технике, ускорительных газонаполненных трубках генераторов нейтронов.

Известен источник ионов (см., например. Физика и технология источников ионов. Под ред. Я. Брауна. М.: Мир, 1998, с. 181), в которых генерация ионов осуществляется в разряде Пеннинга с горячим катодом.

Однако такие источники имеют сложную конструкцию и низкую надежность из-за наличия в конструкции накаливаемого элемента.

За прототип выбран источник ионов (см., например, патент США №4282440, кл. H 01 J 47/06 1981, Neutron accelerator tube having improved ionization section) с разрядом Пеннинга с холодным катодом.

Источник работает следующим образом. Газоразрядная камера источника ионов образована цилиндрическим анодом и холодным катодом, состоящим из двух расположенных соосно с анодом дисков. Диски размещены у торцов цилиндрического анода. В одном из дисков имеется отверстие для извлечения ионов. В цилиндрическом объеме, ограниченном анодом и дисками, создается магнитное поле, параллельное оси системы. Анод и катод размещены в объеме вакуумной камеры, в которую подается рабочий газ. Между анодом и катодом прикладывается напряжение, в результате чего имеющиеся в газоразрядной камере электроны ускоряются и ионизируют молекулы газа. Образовавшиеся ионы двигаются к катоду. Часть ионов выходит из источника через отверстие в катоде, а часть бомбардирует катод, выбивая из него электроны. Кроме того, при наличии на поверхности катода микронеоднородностей, электроны эмитируются с них в результате автоэлектронной эмиссии. Эффективность ионизации рабочего газа зависит от величины коэффициента вторичной ионно-электронной эмиссии и величины автоэлектронной эмиссии на поверхности катода. Коэффициент ионно-электронной эмиссии в значительной степени зависит от наличия на поверхности катода микровключений окислов металлов (см., например, Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. М.: Атомиздат, 1972).

На поверхности свежих катодов, как правило, имеются пленки окислов. Однако эти пленки быстро распыляются в результате ионной бомбардировки катода. Быстро распыляются и микронеоднородности, являющиеся источником автоэлектронной эмиссии.

По этой причине эффективность источника быстро уменьшается и стабилизируется на уровне, соответствующем чистой, гладкой поверхности катода.

Изобретение направлено на увеличение эффективности источника ионов путем создания такого катода, на рабочей поверхности которого всегда находились бы микровключения, например, окислов металлов, обеспечивающие высокий коэффициент ионно-электронной эмиссии, и микронеоднородности, обеспечивающие повышенную автоэлектронную эмиссию с катода.

Для этого в газоразрядном источнике ионов, включающем анод и неподогреваемый катод, катод выполнен в виде плотной цилиндрической намотки из проводящего материала, на поверхности которого расположен слой с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии, причем торец катода, перпендикулярный оси намотки, расположен в газоразрядной камере источника ионов, проводящий материал может представлять собой ленту из алюминиевой фольги с окисной пленкой на поверхности, или соединение тонких алюминиевых, окисленных с поверхности пластин, или набор тонких алюминиевых проволочек с окисной пленкой на поверхности, концы которых образуют торцы катода.

На фиг.1 изображена схема предложенного газоразрядного источника ионов; на фиг.2. представлен вид рабочей поверхности катода со стороны газоразрядной камеры.

Газоразрядный источник ионов (см. фиг.1) состоит из цилиндрической вакуумной камеры 1 из немагнитного материала. В камере 1 размещен анод 2 цилиндрической формы и неподогреваемый катод 3, состоящий из двух соединенных электрически частей, размещенных соосно с анодом у его торцов. В одной части катода имеется отверстие 4 для извлечения ионов.

Каждая часть катода изготовлена из тонкой окисленной с поверхности алюминиевой фольги путем плотной цилиндрической намотки, или из соединения тонких алюминиевых пластин, или из набора тонких алюминиевых проволочек, концы которых образуют торцы частей катода. Цилиндрическая вакуумная камера 1 размещена в полости цилиндрического магнита 5, создающего магнитное поле в газоразрядной камере источника ионов.

В такой конструкции на рабочей поверхности катода всегда присутствуют окислы, обеспечивающие повышенную эмиссию электронов. При этом распыление окислов до чистого алюминия, как в прототипе, невозможно. Кроме того, в результате различия в скоростях распыления чистого алюминия и окисла на рабочей поверхности появляется сильная микронеоднородность, увеличивающая автоэлектронную эмиссию. В результате наличия на рабочей поверхности катода следов окислов и микронеоднородностей при длительной эксплуатации эффективность ионизации рабочего газа будет увеличена по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано в ускорительной технике, в частности в ускорительных газонаполненных трубках генераторов нейтронов. Техническим результатом изобретения является увеличение эффективности источника ионов. Газоразрядный источник ионов включает анод и неподогреваемый катод, который выполнен в виде цилиндрической намотки из проводящего материала, на поверхности которого расположен слой с высоким коэффициентов вторичной ионно-электронной эмиссии, причем торец катода расположен в газоразрядной камере источника ионов и может быть изготовлен из алюминиевой ленты или фольги. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газоразрядный источник ионов, включающий газоразрядную камеру, анод и неподогреваемый катод, отличающийся тем, что катод выполнен из проводящей ленты или фольги, имеющей на поверхности слой с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии, путем плотной цилиндрической намотки, причем торец катода расположен в газоразрядной камере источника ионов.2. Газоразрядный источник ионов по п.1, отличающийся тем, что проводящая лента или фольга выполнены из алюминия.