ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ Российский патент 2009 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, содержащий полый катод с выходным отверстием и перфорированной противоположной стенкой, кольцевой анод, магнитную систему, ускоряющий электрод, диск и герметизированную полость, образованную диском и стенкой полого катода с торцевым зазором, выходящим в сторону оси симметрии, тепловой затвор, через который к стержню основанием прикреплен конус из материала с высоким коэффициентом вторичной эмиссии. Авторское свидетельство СССР, МПК: H01J 27/04, 1996 г.

Известен газоразрядный источник ионов, включающий газоразрядную камеру, анод и неподогреваемый катод, в котором катод выполнен из проводящей ленты или фольги, имеющей на поверхности слой с высоким коэффициентом вторичной ионноэлектронной эмиссии, путем плотной цилиндрической намотки, причем торец катода расположен в газоразрядной камере источника ионов. Проводящая лента или фольга выполнена из алюминия. Патент Российской Федерации №2233505, МПК: H01J 17/06, 2004. Прототип.

Недостатком такой конструкции является отсутствие концентрации разряда по оси источника ионов. Несмотря на высокую вторичную ионно-электронную эмиссию с торцов катода и антикатода этого источника, концентрация ионов в области отверстия для извлечения ионов оказывается относительно небольшой из-за низкой концентрации разряда по оси источника.

Техническим результатом изобретения является увеличение концентрации разряда у оси источника ионов, концентрации ионов в области отверстия, через которое вытягиваются ионы, и увеличение эффективности источника ионов.

Технический результат достигается тем, что в газоразрядном источнике ионов, содержащем анод, антикатод, катод с отверстием для извлечения ионов, катод и антикатод выполнены в виде цилиндров, в которых аксиально оси источника выполнены проточки на поверхностях, обращенных к оси, в проточках установлены шайбы из проводящей фольги, покрытой слоем вещества с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии. Шайбы выполнены из алюминиевой фольги, покрытой окисной пленкой.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и 2.

На фиг.1 схематично представлен продольный разрез газоразрядного источника ионов, где 1 - герметичный корпус, 2 - анод, 3 - катод, 4 - отверстие в катоде, 5 - антикатод, 6 - центральные цилиндрические проточки, 7 - шайбы из тонкой проводящей фольги, покрытой тонким слоем вещества с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии, в частности шайбы из окисленной с поверхности алюминиевой фольги, 8 - продольное магнитное поле, 9 - магнит, 10 - ионы.

На фиг.2 представлена шайба. В проточках 6 катода 3 и антикатода 5 аксиально оси источника размещены шайбы 7 из проводящей фольги, покрытой слоем вещества с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии, например шайбы из окисленной с поверхности алюминиевой фольги.

Источник работает следующим образом.

Между анодом 2, катодом 3 и антикатодом 5 источника прикладывают напряжение, в результате чего имеющиеся в газоразрядной камере электроны ускоряются и ионизируют молекулы газа. Образовавшиеся ионы двигаются к катоду 3 и антикатоду 5. Для увеличения длины пробега электронов в газоразрядной камере с помощью магнита 9 создано продольное магнитное поле 8. Часть ионов 10 выходит из источника через отверстие 4 в катоде 3, а часть бомбардирует катод 3 и антикатод 5, выбивая из них электроны. В катоде 3 и антикатоде 5 выполнены аксиальные цилиндрические проточки 6, обеспечивающие стягивание разряда к оси источника. Эффективность ионизации рабочего газа зависит от величины коэффициента вторичной ионно-электронной эмиссии и величины автоэлектронной эмиссии на внутренних поверхностях цилиндрических проточек 6. Коэффициент ионно-электронной эмиссии в значительной степени зависит от наличия на поверхности катода 3 пленок с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии, например пленок окислов металлов. При наличии на поверхности катода 3 микронеоднородностей электроны эмитируются с них в результате автоэлектронной эмиссии. На поверхности свежих катодов 3, как правило, имеются пленки окислов. Однако эти пленки быстро распыляются в результате ионной бомбардировки катода 3. Распыляются и микронеоднородности, являющиеся источником автоэлектронной эмиссии. По этой причине эффективность источника уменьшается и стабилизируется на уровне, соответствующем чистой, гладкой поверхности катода 3.

Изобретение направлено на увеличение эффективности источника ионов путем создания катода 3 и антикатода 5, на боковых рабочих поверхностях аксиальных проточек которых всегда находились бы микровключения, например, окислов металлов, обеспечивающие высокий коэффициент ионно-электронной эмиссии, и микронеоднородности, обеспечивающие повышенную автоэлектронную эмиссию с катода.

Для этого в проточках 6 катода 3 и антикатода 5 аксиально оси источника размещены шайбы 7 из тонкой проводящей фольги, покрытой тонким слоем вещества с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии.

Шайбы 7 могут быть выполнены и из тонкой алюминиевой фольги, на поверхности которой всегда имеется пленка окисла.

В такой конструкции на рабочих поверхностях проточек 6 катода 3 и антикатода 5 всегда присутствуют окислы, обеспечивающие повышенную эмиссию электронов. При этом распыление окислов до чистого алюминия невозможно. Кроме того, в результате различия в скоростях распыления чистого алюминия и окисла на рабочей поверхности появляются микронеоднородности, увеличивающие автоэлектронную эмиссию.

В результате наличия на рабочих поверхностях следов окислов и микронеоднородностей при длительной эксплуатации эффективность ионизации рабочего газа не уменьшается.

Изобретение относится к устройствам для получения пучков ионов и может найти применение в ускорительной технике, ускорительных газонаполненных трубках генераторов нейтронов. В газоразрядном источнике ионов катод и антикатод выполнены в виде цилиндров, в которых аксиально оси источника выполнены проточки на поверхностях, обращенных к оси, в проточках установлены шайбы из проводящей фольги, покрытой слоем вещества с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии. Технический результат - увеличение концентрации разряда у оси источника ионов, концентрации ионов в области отверстия, через которое вытягиваются ионы, и увеличение эффективности источника ионов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Газоразрядный источник ионов, содержащий анод, антикатод, катод с отверстием для извлечения ионов, отличающийся тем, что катод и антикатод выполнены в виде цилиндров, в которых аксиально оси источника выполнены проточки на поверхностях, обращенных к оси, в проточках установлены шайбы из проводящей фольги, покрытой слоем вещества с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии.

2. Газоразрядный источник ионов по п.1, отличающийся тем, что шайбы выполнены из алюминиевой фольги, покрытой окисной пленкой.