ПРЯМОНАКАЛЬНЫЙ КАТОД ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ ИОНОВ Советский патент 1996 года по МПК H01J1/15 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к прямонакальным термокатодам, и может быть использовано в газоразрядных приборах, например, в источниках ионов для имплантеров, для установок электромагнитного разделения изотопов, в источниках положительных и отрицательных ионов водорода, многозарядных ионов и т.д.

Цель изобретения повышение долговечности катода.

Поставленная цель достигается тем, что тело катода выполнено с постоянным сечением по длине из карбидов, нитридов или боридов элементов 4-й группы периодической таблицы, а держатели-топокодводы выполнены из графита.

На чертеже представлен, в качестве примера прямонакальный катод, предназначенный для использования в источнике ионов имплантера с размером поперечного сечения разрядной камеры 10х10 мм².

Тело катода 1 из цилиндра карбида циркония диаметром 10 мм, имеющее поперечное сечение 6х6 мм^2-, симметрично зажимается между держателями-токоподводами 2 и 3 из графита. Нагрев тела катода осуществляется комплексно. При пропускании электрического тока через токоподводы 2 и 3 и тело катода 1 вблизи поверхностей их контакта в теле катода образуются локальные области повышенного тепловыделения 6 и 7, от которых тепловые потоки 4 и 5, в частности, направлены к середине тела катода. Одновременно происходит тепловыделение по всей длине тела катода. В результате наложения этих процессов распределение температуры по длине тела катода выравнивается, а сам нагрев происходит более эффективно.

Использование карбидов, нитридов и боридов элементов 4-й группы периодической таблицы в качестве материала тела катода с сочетании с графитовыми держателями позволяет, эффективно и равномерно осуществляя нагрев тела катода и увеличивая поперечное сечение катода, понизить энергопотребление и многократно повысить срок его службы. Кроме того, низкий коэффициент ионного распыления этих материалов (в 3-5 меньший, чем у вольфрама) и равномерность распыления тела катода также увеличивают срок службы катода. Графитовые держатели-токоподводы обеспечивают стабильную и долговечную работу катода.

Предлагаемый катод весьма компактен, прост в изготовлении и технологичен. Тело катода легко заменяется, а остальные элементы многократного использования. При работе катода в источнике ионов во внешнем магнитном поле 1 кГс наблюдается равномерное распределение плотности плазмы по поверхности тела катода и, соответственно, равномерное распыление катода по его рабочей поверхности.

В зависимости от размеров тела катода его материала, конструктивных особенностей, рабочего вещества и режима разряда параметры питания катода могут варьироваться. Так, например, для катода, показанного на чертеже, при токе разряда 1-20 А и напряжении разряда 40-200 В ток накала может меняться от 70 до 180 А при напряжении на катоде 3-6 В. Катод подвергался длительным испытаниям с различными рабочими веществами СN₂, O₂, BF₃, Ar, Xe и др.).

Для предложенных катодов характерны эксплуатационная надежность, стабильность работы, воспроизводимость результатов, простота автоматического управления.

Изобретение относится к термоэмиссионным прямоканальным катодам и может быть использовано в различных газоразрядных приборах, в частности в источниках ионов для имплантеров, для установок электромагнитного разделения изотопов, в физических исследованиях, для управляемого термоядерного синтеза и ряда других приложений. Целью изобретения является повышение срока службы катода. Эта цель достигается тем, что катод выполняется из материалов с низким коэффициентом ионного распыления, а держатели - из графита . При этом, используя подбор этих материалов, удается эффективно нагревать тело катода и за счет этого существенно повысить его поперечное сечение и обеспечить равномерный нагрев. Катоды с таким комплексным нагревом показали свою надежность и эффективность при работе с различными веществами и в широком диапазоне разрядных токов и напряжений. 1 ил.

ПРЯМОНАКАЛЬНЫЙ КАТОД ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ ИОНОВ, содержащий тело катода с зонами повышенного сопротивления для увеличения тепловыделения на концах тела катода, закрепленное в держателях токоподводах, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности, тело катода выполнено с постоянным сечением по длине из карбидов или нитридов элементов IV группы Периодической таблицы и зажато в держателях токоподводах, выполненных из графита.