Интенсивный ионный источник Советский патент 1961 года по МПК H01J3/04 

Ионные источники, генерирующие ионы за счет ударной ионизации молекул газа и содержащие электронную пущку, ускоряющую диасЬрагму, коллекторы электронов и ионов, известны.

В предлагаемом ионном источнике в отличие от известных отсутствует магнитное поле, а за коллектором электронов, выполняющим также роль вытягивающего ионы электрода и имеющим центральное отверстие, помещен находящийся под отрицательным потенциалом коллектор ионов.

Такое выполнение ионного источника позволяет получить в высоком вакууме интенсивный ионный пучок (т. е. больщой ионный ток), сфокусированный электронным пучком того же направления, а также осуществить необходимое разделение ионного и электронного пучков.

На чертеже изображена схема предлагаемого ионного источника.

Электроны в источнике генерируются электронной пушкой 1 и ускоряются затем постоянным электрическим полем, создаваемым ускоряющей диафрагмой 2. Далее электроны попадают в пространство между ускоряющей диафрагмой 2 и фигурным электродом-коллектором 5 электронов, имеющим центральное отверстие 4. Потенциал коллектора 3 ниже потенциала ускоряющей диафрагмы 2, что создает между ними постоянное электрическое поле, замедляющее электроны.

При определенных значениях замедляющего электрического поля (т. е. градиентов потенциала) в пространстве между диафрагмой 2 и коллектором 3 создается (за счет ударной ионизации молекул газа) и накапливается такое количество положительных ионов, которое достаточно для нейтрализации отрицательного заряда электронного пучка.

Поскольку электроны движутся по направлению к коллектору 3 с уменьщающимися скоростями, ионизация на единицу пути электронного пучка в пространстве между диафрагмой 2 и коллектором 3 будет разная - она увеличивается (в известных пределах) по мере уменьще№ 140918- 2 ния потенциала, .,. е. концентрация положительных ионов в объеме электрон гог6 пучка увеличи.вает1ся по мере приближения к коллектору 3 электронед(это происходит потому, что потенциалы диафрагмы 2 и коллектора 3 выбираются такими, чтобы потенциал максимальной удельно йсЖиЗации молекул газа лежал между ними, причем существенно ближе к потенциалу коллектора 5).

Вследствие нейтрализации объемного заряда в пучке движение создаваемых таким путем ионов происходит в направлении движения электронов, т. е. к коллектору 3 электронов, а затем и дальше - череэ центральное отверстие 4 в коллекторе 3 -- к коллектору 5 ионов, находящемуся под отрицательным потенциалом. При этом происходит необходимое разделение электронного и ионного пучков и в пространстве между коллекторами 5 и 5 происходит ускорение положительных ионов и создается ионный ток.

Неравномерная конструкция положительных ионов вдоль электронного пучка приводит к продольному сжатию ионов в пучке. Кроме того, поскольку в каждом поперечном сечении пучка имеется создаваемый электронами потенциальный минимум, положительные ионы будут также двигаться к оси пучка и улавливаться в его объеме.

Таким образом, происходит накопление положительных ионов в объеме электронного .пучка, нейтрализации объемного заряда и ионная фокусировка электронного пучка, в результате чего пучок принимает форму, близкуюк цилиндрической. Все это приводит к росту концентрации ионов в объеме сфокусированного пучка, повыщению плотности ионов в пучке, а следовательно к росту ионного тока. Ионный ток будет тем больще, чем лучше сфокусирован пучок при заданном электронном токе.

Возможно также создание ионного потока в форме конически сходящегося пучка. Это достигается специальной конструкцией электронного и ионного коллекторов 3 и 5, поверхности и форма которых выбираются на основе законов электронной оптики.

Предмет изобретения

Ионный источник, генерирующий ионы путем ударной ионизации молекул газа, и основанный на ионной фокусировке электронного потока при высоком вакууме, содержащий электронную пуплку, ускоряющую диафрагму, коллекторы электронов и ионов, отл и.ч а ющий ся тем, что, с целью получения глагнитного поля лри высоком вакууме интенсивного ионного пучка, сфокусированного электронным пучком того же направления и осуществления необходимого разделения ионного и электронного пучков, за коллектором электронов, выполняющим также роль вытягивающего ионы электрода и имеющим центральное отверстие, помещен находящийся под отрицательным потенциало.м коллектор ионов. ;

jtr r