Плазменный источник ионов Советский патент 1984 года по МПК H01J3/04 

Изобретение относится к технике получения пучков заряженных частиц и может найти преимущественное использование в ускорителях ионов.

Известны плазменные источники ио- 5 нов, содержащие газонаполненную камеру с установленными в ней четырьмя злектродами и системой магнитов til. К электродам подключены два источника питания. В этих источниках ионы О получают из плазмы пенинговского разряда в скрещенных электрическом и магнитных полях.

Недостатками известных плазменных источников ионов являются сложность 15 конструкции и высокая стоимость.

Наиболее близким к изобретению является плазменный источник ионов, содержащий катод и анод с отверстием, установленные в газонаполненной ка- 20 мере и подключенные к источнику питания .21 . Катод и анод выполнены в виде соосно расположенных пластин. В этом источнике ионы получают из плазы тлеющего разряда.25

Недостатком прототипа является сравнительно низкий КПД из-за сравнительно больших затрат энергии на получение тлеющего разряда.

Целью изобретения является повьяие 30 ние КПД плазменного источника ионов .

Поставленная цель достигается тем, то в известном плазменном источнике онов, содержащем катод и анод с отверстием, установленные в газонапол-35 ненной камере и подключенные к источику питания, катод и анод выполнены виде тел вращения и имеют сооснные ыводные окна, анод выполнен из сетки и установлен внутри катода, при 40 том отнощение площади отверстия в ноде к площади ячейки сетки больше етырех.

На фиг. 1 изображен плазменный 45 сточник ионов, катод и анод вьшолнены в виде цилиндров; на фиг. 2 то же катод и анод выполнены в виде сфер.

Предлагаемый источник ионов со- 50 держит катод 1, которьй одновременно является газонаполненной камерой. Анод 2 выполнен из сетки и установлен внутри катода 1 на изоляторе 3. Анод имеет отверстие 4, при этом ношение площади отверстия 4 к площади ячейки сетки больше четырех. Катод 1 и анод 2 имет соосные выводные окна 5 для вывода пучка ионов. Между катодами 1 и анодом 2 подключен источник питания 6.

Предлагаемый плазменньй источник ионов работает следующим образом.

При определенном давлении газа в газонаполненной камере 1. (10 ) и при подаче от источника питания 6 напряжения между катодом 1 и анодом 2 загорается тлеющий разряд известный в литературе как разряд с полым анодом. У отверстия 4 в аноде 2 образуются положительные ионы, «оторые электрическим полем, возникакицим между катодом и анодом, втягиваются в отверстие 4 и, ускоряясь в электрическом поле, образуют пучок, выходящий через отверстие 4 в аноде 2. Разряд с полым анодом горит при напряжениях между анодом и катодом в несколько киловольт (изолятор 3 должен быть рассчитан на эти напряжения). Пучок электронов с такой энергией не израсходует

всю свою энергию на ионизацию газа при однократном пересечении объема, ограниченного анодом 2. Электроны, пройдя сквозь сетку анода 2 на противоположной от анодного отверстия 4 стороне-газонаполненнойкамеры 1, попадают в замедляющее электрическое поле, которое изменяет направление их движения на противоположное, заставляя электроны многократно пересекать объем, ограниченный анодом 2, ионизуя газ. Часть образовавшихся в этом объеме ионов втягивается в выводное окно 5, ускоряется до энергии, равной разности потенциалов между катодом 1 и анодом 2, и выводится из источника. Необходимо, чтобы отношение площади отверстия к площади ячейки сетки анода 2 было больше 4 для того, чтобы уменьшить количество ионов, теряемое на катоде 1, и увеличить количество ионов, выводимое из источника через соосные выводные окна 5.

Опытная проверка плазменного источника ионов при напряжении источника питания подключенного между катодом и анодом, равным 10 кВ, и давлении в газонаполненной камере тор., позволила получить ионы с энергией 10 кэВ,при источника увеличиля в 2,4 раза по сравнению с прототипом.

ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий катод и анод с отверстием, установленные в газонаполненной камере и подключенные к источнику питания, отличающийся тем, что,с целью повышения КПД,катод и анод выполнены в виде тел вращения и имеют соосные вьшодные окна, анод выполнен из сетки и установлен внутри катода, при этом отношение площади отверстия в аноде к площади ячейки сетки больше четырех. 00 1

фи8.2