Плазменный источник заряженных частиц Советский патент 1991 года по МПК H01J1/30 

Изобретение относится к электронной технике, а точнее к плазменным источникам электронов и ионов.

Цель изобретения - повышение энергетической и газовой эффективности источника заряженных частиц.

Сущность изобретения состоит в том, что катод имеет полость в виде цилиндра с от перстнем в основании, обращенном к электронам, причем его размеры удовлетворяют соотношению

D

° 05 .

О СО 00 4

О -vl

где Z и D - соответственно высота

и диаметр цилиндра; d - диаметр отверстия в его

основании.

Такое выполнение катода приводит к тому, что эффект полого катода проявляется в полости, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси электродов плазматроил. При этом эффективность полого i атода повышается за счет следующих двух основных эффектов, действие которых наиболее сильно проявляется в приосевой области разряда.

Кроме продольной осцилляции быстрых электронов в катодных падениях полости, имеет место осцилляция электронов в поперечном направлении между противоположными краями полости. Вклад этих дополнительных осцилляции в процессы ионизации вследствие заданного режима работы полого катода суммируется в приосевой области разряда, что способствует образованию в этой области плотной плазмы.

Имеющий место в плазме с полым катодом фотоэффект с катодов также благоприятствует обмену излучения разряда между полостями и повышению его эффективности.

Отмеченные эффекты позволяют в предлагаемом устройстве для создания плотной плазмы в приосевой области разряда уменьшить давление в разрядной камере и ее размеры, кроме TOIO, снизить электрическую мощность, поступающую в разряд.

На чертеже показано предложенное устройство.

Ус троне гво содержит полый катод 1 и электрод 2 (анод). Электрод механически связан с катодом с помощью изолятора 3. На катоде расположен патрубок 4 для напуска рабочего газа Вытягивающим электрод 5 расположен вблизи электрода 2 в области высоког ваккума. Нытягиваюший электрод 5 заземлен. Электрод 2 находится под потенциалом, соответствующим требуемой энергии пучка. Полый катод 1 находится иод отрицательным по отношению к электроду 2 потенциапом. Наружный и внутренний диаметр полого катода составляют соответственно 100 и 14 мм. Тонщипа катодной полости составляет 5 мм.

Устройство работает следующим образом.

Рабочий газ через пагрубок4посту пает в разрядную камеру, образованную полостью катода 1. Разрядное напряжение, приложенное между катодом и электродом 2, лежит в диапазоне 100-400 В, при IT ом разряд мо-чет существовать при давлении в разрядной камере в циана кше 1U - 10 Па. Основные процессы, обеспечивающие самостоятекьнып p.i M1VV, происходят в

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

катодных частях разряда и на катоде. В катодных частях разряда преобладающим является направленное движение заряженных частиц (электронов и положительных ионов), в положительном столбе 6 доминирует хаотическое движение зарядов. Пучок заряженных частиц 7 формируется экстрактором, энер- гия пучка лимитируется электрической прочностью ускоряющего промежутка и может достигать 100 кэВ.

Если параметр S превышает

D-d

величину 0,075, то катоды работают независимо и эффект полого катода не проявляется. Гели величина S меньше 0,05, то эффективность полого катода также снижается, поскольку проникновение плазмы внутрь полости при таком соотношении размеров катода затруднено. В результате экспериментальных исследований макета предложенного плазматрона с полым катодом получены следующие данные: напряжение разряда Up 120 В, ток разряда 1р до 15 Л, газовая эффективность Ј, 707, энергетическая эффективность II 1,7 мЛ/Вт, рабочее давление Р. 0,1-5 Па.

Па основании экспериментальных результатов можно отметить также следующие положительные эффекты от использования предлагаемого изобретения: устойчивая форма разряда с полым катодом без применения внешнего магнитного поля обеспечивает стабильную и однородную плотную плазму в приосевой области разряда, что облегчает условия формирования интенсивного пучка заряженных частиц с высокой фазовой плотностью; высокая энергетическая эффективность позволяет снизить электрическую мощность, рассеиваемую на электродах плазматрона, что улучшает условия охлаждения его узлов; возможность генерации пучков заряженных частиц с большим поперечным сечением при использовании многоапертурной системы экстракции, Ф о р м у л а изобретения

Плазменный источник заряженных частиц, содержащий соосно расположен - ные полый катод в виде цилиндра с отверстием в основании и электроды, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения энергетической и газовой эффективности источника, раз-

ЯЯЯТУ,

Y//////57/

W///////,

Изобретение относится к электронной технике, в частности к плазменным источникам электронов и ионов, Целью изобретения является повышение энергетической и газовой эффективности источника заряженных частиц. Сущность изобретения состоит в том, что катод имеет полость, выполненную в виде цилиндра с отверстием в основании, обрапенном к электродам. При этом его размеры удовлетворяют следующему соотноше- Z нию: --- 0,05 - 0,075, D-d где Z и D соответственно высота и диаметр цилиндра; d - диаметр отверстия в его основании. Изобретение обеспечивает получение стабильной и однородной плотности плазмы в приосевой области разряда, что обеспечивает условия формирования интенсивного пучка заряженных частиц с высокой фазопой плотностью. 1 ил. с S (Л