Способ получения атомарного пучка водорода Советский патент 1991 года по МПК H05H3/00 

Изобретение относится к методам получения атомарных пучков и молет быть использовано при создании источников поляризованных ионных и LOKT- ронных пучков.

Целью изобретения является упрощение способа получения атомарного пучка водорола.

Сущность способа поясняется ч примере работы устройства, схемпи Нс- кое изображение которого покччлно на чертеже.

Устройство одержи т СНЧ-ре оиа ор 1, например диямегром 92 мм и ц шнои 40 мм, настроенный на частоту ., 1 и, через отверсгие 2 заполненный мо i г,- лярным водородом 3 до давления ирр.

В резонатор с помощью волновода А вводят СВЧ-моцность, под действием кото- рои в водороде возникает СВЧ-разряд. Вдочь оси резонатора через отверстие j вводят электронный пучок 6. Под деиствием электронов плазмы СВ -раз- ряда и эчектронного пучка 6 проис- хстчит диссоциация молекул водорода, Образовавшийся в результате пучок атомов водорода 7 выводится из резо- натэра через отверстие 8 в вакуум- нмн объем 9.

( vmei тпо предлагаемого спо.ооа ( огтппт -i проп екании пучка электро- loi1 HI л(. оси вмводимого из резонато- ,i i .-чка атомов водорода. Электрон- ммг nvqor производит дополнительную

О 00

00 4

о

00

диссоциацию молекул водорода, образовавшихся в результате рекомбинации и попавших в область резонатора, из которой выводится атомарный пучок. Для того, чтобы дополнительный электронный пучок компенсировал рекомбина ционные потери атомов водорода в резонаторе, число актов диссоциации молекул водорода под действием этого пучка должно быть больше, чем под действием электронов плазмы СВЧ-раз- ряда. Найдем требования к параметрам пучка, обеспечивающим выполнение этого условия.

Число актов диссоциации в единицу времени под действием электронов из плазмы СВЧ-разряда равно

1

at

njv6(e)dN(Ј)} (1)

где n - число молекул водорода в

единице объема резонатора,

v.e

(6)

м

-3

соответственно скорость, м/с, и энергия, Дж, электронов плазмы СВЧ-разряда; сечение, м2, диссоциации молекул водорода под действием электрона с энергией

5;

N(5) - число электронов в плазме СВЧ-разряда с энергией в пределах от Ј до Ј + dЈ, определяемое распределением Максвелла

Ј

(1 КТ

ilF-JTe .с1Ј, (2)

dN

( « kTp

где П полное число электронов

в плазме СВЧ-разряда; k - постоянная Больцмана,

Т - абсолютная температура

электронов плазмы СВЧ-разряда.

Подставляя (2) в (1) и выражая V через 5 получим:

CO

СГмУПТ - Јп

Е kT dЈ;

где m - масса электрона, кг; Јп - порог диссоциации,Дж.

Число актов диссоциации в едини- ЭЭо

времени --;-- at

под действием

дополнительного электронного пучка с током I, А, и энергией электронов Ј , 1к, превышающей порог диссоциации Ј , равно

10

0Vo Г f С 1 I

ЗГ G(fo) ntl Т

(4)

0

5

где е - заряд электрона, Кл;

1 - длина пути электронного пучка в резонаторе (длина резонатора) , м.

Для того, чтобы электронный пучок производил больше актов диссоциации, чем электроны СВЧ-разряда, должно выполняться условие

(5)

Я .

dt

dt dt

Подставляя (3) и (4) в (5), чим

х 47 Ne f ,-fc.c. г

.-ifice.)

n i

полуе

«к, (6)

)

Ј;

3)

зV

35

40

45

55

50

При осуществлении данного способа диаметр дополнительного электронного пучка должен превышать диаметр выводимого из резонатора атомного пучка.

Данный способ обладает существенными преимуществами по сравнению с известными. Благодаря использованию дополнительного электронного пучка происходит компенсация рекомбинационных потерь атомов водорода в резонаторе в области выводимого атомарного пучка, отсутствует необходимость применять разрядные колбы с их сложными и легко разрушаемыми антирекомбинаци- онными покрытиями, что позволяет упростить получение атомарного пучка водорода.

Формула изобретения

Способ получения атомарного пучка водорода путем диссоциации молекул водорода, заключающийся в пропусканий потока молекулярного водорода через объемный резонатор, в котором возбуждают сверхвысокочастотный разряд, отличающийся тем, что, с

целью упрощения способа, через резонатор вдоль оси выводимого атомарного пучка водорода пропускают электронный пучок, диаметр которого превышает диаметр выводимого атомарного пучка водорода, при этом энергия электронов 66, Дж и ток I.A, удовлетворяют следующим выражениям:

.

г

60

)

6 i-h

i

где fe - текущее значение энергии,Дж; Ј - энергия, соответствующая порогу диссоциации молекул водорода;

N е 1

m Г: Т,8

GT(E), s G-()

число электронов в плазме сверхвысокочастотного разряда;

заряд электрона, Кл; длина резонатора, м; масса электрона, кг; ( постоянная Больцмана, Дж К, абсолютная температура, град. К, и энергия, Дж, электронов плазмы сверхвысокочастотного разряда соответственно;

сечение диссоциации молекул водорода при энергии соответственно Ј иЈв.

Изобретение относится к усьорн- тельнон технике, и частности к способам получения атомарных ПУЧКОН, и может быть использовано для создания источников поляризованных ионных и лектронных пучков. Целью изоб- ретенил является упрощение способа получения атомарного пучка водорода. Для этого поток молакупярного водорода пропускают чере i объемный высокочастотный резонатор, в котором возбуждают СВЧ-разряд. Затем через резонатор вдоль оси пропускают электронным пучок большего диаметра. В описании изобретения приведены математические выражения для выбора энергии и тока пучка эпектронов. Способ ис- киючаст необходимость применять разрядные колбы с их сложными и легко разрушаемыми антирекомбинационьым 1 покрытиями, что позволяет упростить получение атомарного пучка водорода. 1 ил. в (Л

СВЧ МОЩНОСТЬ

К