Способ получения отрицательных ионов Советский патент 1992 года по МПК H01J27/00 

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано при конструировании источ- . НИКОВ отрицательных ионов, а также в экспериментальных исследованиях и масс-спектроскопии с высоким разрешением.

Известны способы получения отрицательных ионов, включающие ионизацию исходного вещества, отбор положительных ионов исходного вещества с образованием пучка положительных ионов и преобразование положительных ионов исходного вещества в отрицательные ионы путем введения на пути движения положительных ионов вещества в виде мишени в состоянии газа или пара.

В указанных способах образование отрицательных ионов происходит в момент столкновения исходного положительного иона с частицами вещества мишени. При этом электроны внешних оболочек атомов .мишени переходят к положительным ионам исходного вещест

на, в результате чего образуются от«рицательные ионы исходного вещества.

Известные способы преобразования положительных ионов в отрицательные ионы не позволяют получать пучки отрицательных ионов с высокой направленностью из-за рассеяния частиц при столкновениях в мишени..

Известен способ получения отрицаО О V4 тельных ионов, включающий ионизацию исходного вещества, формирование пучка положительных ионов, преобразоваЮ VI ние положительных ионов в отрицательные в области взаимодействия и отбор Ю отрицаГельных ионов, в котором в качестве исходных положительных ионов используются ионы водорода и дейтерия, а в качестве вещества мишени используется цезий и натрий.

Однако соударения с атомами и 1 ионами щелочных металлов приводят к увеличению потерь ионов исходного вещества и к увеличению угловой расходимости пучка отрицательных ионов. .1 Целью изобретения является уменьшение угловой расходимости пучка отрицательных ионов и увеличение эффек TiraHocTii irx получения. При этом пони жается эффективность-получения отрица т ан ь ных ионов. Целью изобретения является уменьшение угла расходимости отрицательных ионов. Поставленная цель достигается i. тем, пто в известном способе, включающем ионизацию исходного вещества, формирование пучка положительных ионов, щэеобразование полозкительных ионов в. отрицательные в области взаимодействня и отбор отрицательных ионов, преобразование положительных ионов в отрицательные производят путем инжекции пучка электронов с энер гией меньше, чем энергия ионизации атома исходного вещества, перпендику лярно пучку полох«1тельных ионов. Сущность способа заключается в том, что при рекомбинации положитель ного иона исходного вещества со свободным электроном происходит ступенчатый переход электрона по энергетическим уровням возбуждения атома исходного вещества, при этом на некото рых определенных энергетических уров нях возбуж/.;енный атом присоединяет дополнительный электрон, KOTopbBi и обуславливает отрицательный заряд от рицательного иона исходного вещества При преобразовании положительного иона в отрицательный ион необходимо по крайней мере два электрона, один из которьк необходим для рекомбинации, полояснтельного иона, а другой для образования отрицательного иона. Причем в момент рекомбинации иона об разуется возбужденный атом, которьпг захватывает второй электрон, если об разованньп при этом отрицательный ион будет находиться в возбу вдекном квазистационарном состоянии с энер гией возбуяздения, равной одному из возможных энергетических уровней воз буждения. Поскольку указанный процес происходит при вполне определенных уровнях энергии возбуждения атома, которые меньше потенциала ионизации атома исходного вещества, то и энергия вводимых свободных электронов должна быть меньше , чем потенциал , ионизации атомов исходного вещества Оптималышш значения энергии вводимых электронов могут быть определены как экспериментально, так и теоретически для каждого отдельного случая в зависимости от рода и скорости движения исходных ионов и необходимости получения отрицательных ионов с определенным уровнем возбуждения. Получение свободных электронов может быть основано на фотоэмиссии, вторичной эмиссии и термоэмиссии, а также на использовании газоразрядных источ,пиков электронов, а изменение энергии электронов может быть достигнуто путем изменения ускоряющего и тормозящего электрических полей. Поскольку для образования одного положительного иона в отрицательный необходимо два электрона, количество электронов по крайней мере в два раза доллсно превышать количество пололсительных ионов. Понизацию исходного вещества можно проводить путем бомбардировки электронами, путем фотоионизации и другими способами. Отбор положительных ионов и формирование их в пучок можно проводить вытягиванием их электрическим полем, а преобразование их в отрицательные проводят введением в поток или пучок положительных ионов пучка свободных электронов перпендикулярно пучку положительных ионов. Условие взаимного пересечения пучков вызвано тем, что образованные отрпца-. тельные ионы при взаимодействии со свободными электронами интенсивно разрушаются. Если же вводить электроны вдоль пучка ионов, то одновременно с образованием отрицательных ионов будет происходить и их разрушение по всей длине пучка. Это связано с раз- личными скоростями частиц. При этом пучок будет содержать больиюе количество нейтральных частиц. Протяженность участка взаимного пересечения двух упомянутых пучков или потоков должна определяться оптимальным количество отрицательных ионов и молсет быть получено экспер1-шентально или расчетным путем с учетом особенностей исходного вещества и скорости вещестна- и скорости движения заряженных частиц. Предпочтительнее применять осциляцию электронов. Отбор или выведение отрицательных ионов для использования, производят путем отклонения их в магнитном или электри- ском полях. Нейтральные частицы,образовываЪщиеся при рекомбинации некоторой части пологкительных ионов можно преобразовать в отрицательные иомы, если указанный объем облучать электромагнитным излучением, энергия фотонов которых меньше потенциала ионизации атома исходного вещества. Этим достигается возбуждение нейтральных частиц до уровней энергии, при которых легко присоединяются дополнительные электроны. В результате такой операции можно повысить эффективно с т получения отрицательных ионов.

Использование способа обеспечивае уменьшение зггловой расходимости пучка отрицательных ионов за счет исключения атомных столкновейий или преобразования положительных ионов в отрицательные, увеличение эффективности получения отрицательных ионов за счет исключения потерь частиц, вызванных изменением направления движения при столкновении ионов исходного вещества с атомами мишени, а также вызванных рекомбинацией отрицательных ионов с положительными ионами мишени.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ИОНОВ, включающий ионизацию исходного вещества, формирование пучка положительных ионов, преобразование положительных ионов в отрицательные и отб5р отрицательных ионов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения угла расходимости отрицательных ионов, преобразование положительных ионов в отрицательные производят путем инжекции -пучка электронов с энергией меньше, чем энергия ионизации атома исходного вещества, перпендикулярно пучку положительных ионов.