СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОЗАРЯДНЫХ ИОНОВ Советский патент 1969 года по МПК H05H5/00 

В известных способах получения многозарядных ионов применено получение ионов в дуговом разряде с осцилляцией быстрых электронов.

Для повышения кратности ионизации предлагается способ, заключающийся в том, что атомы исходного материала впрыскиваются в протяженный поток быстрых электронов с приподнятым на концах электрическим потенциалом, объем которого оказывается, таким образом, потенциальной ямой, в которой ионы атомов исходного материала пребывают так долго, как это необходимо для ионизации до соответствующей кратности. Для этого используется явление естественного провисания потенциала в сплошном электронном потоке, обусловленное его отрицательным пространственным зарядом.

Для определенности рассмотрим сплощной электронный поток цилиндрической формы. В этом случае, например, глубина потенциальной ямы на оси электронного потока с энергией электронов 8 кэв и током 1 а составляет примерно 160 в. Если положительный ион с небольшой энергией попадает в область электронного потока, то он будет захвачен в эту яму и будет совершать колебания относительно оси потока. Движение иона вдоль потока естественно ничем не ограничено. Однако, ограничение может быть создано искусственно, если оконечные участки электронного потока будут находиться при потенциалах более высоких, чем сам поток. В этом случае весь объем электронного потока окажется ловушкой для положительного иона. Время пребывания иона в такой ловущке в принципе ничем не ограничено. В реальных же условиях имеется ограничение, связанное с тем, что всякий электронный поток может быть создан,

лищь в сосуде с некоторым давлением остаточного газа. Атомы остаточного газа, пересекая электронный поток, могут быть ионизованы и захвачены в ловушку. Это в конце концов нриведет к компенсации, а затем и перекомпенсации пространственного заряда электронного потока пространственным зарядом ионов остаточного газа, захваченных в ловушку. В этом случае ловушка перестанет существовать, и положительные ионы будут покидать область электронного потока в направлении, перпендикулярном потоку.

Расчет показывает, что при давлении остаточного газа, равном Ю торр, компенсация пространственного заряда потока электронов,

ускоренных до 8 кэв, произойдет за время около 1 сек.

ленной плотности. Это может быть сделано, например, с помощью электронной пушки и магнитной фокусировки электронного потока. Оконечные участки электронного потока поддерживают при потенциалах более высоких, чем сам поток. В упомянутом выше случае формирования электронного потока это может быть сделано при подаче на трубку дрейфа потенциала более низкого, чем на анод и коллектор.

В момент времени 4 при плотности тока /о за короткий промежуток времени А в электронный поток впрыскивается определенное число положительных однозарядных ионов рабочего вещества п. Это может быть сделано, например, кратковременным испарением исходного материала вблизи электронного потока. Некоторая часть атомов при своем тепловом движении через поток будет ионизована и захвачена в ловушку в области потока, где будет совершать колебания относительно оси электронного потока. Далее, в момент времени ti, который может следовать непосредственно, за 4+М плотность электронного потока увеличивается до . При этом амплитуды Колебаний, захваченных в ловушку ионов, , уменьшаются. Далее происходит ионизация ионов до нужной кратности за время от t до за счбт их взаимодействия с быстрыми электронами потока. Образующиеся в процессе ионизации медленные-электроны покидают поток в соответствии с распределением потенциалов при этом, естественно, положительный пространственный заряд растет, что приводит к увеличению амплитуды колебаний ионов. Количество атомов исходного вещества и кратность их ионизации следует выбрать та . кими, чтобы в момент времени /г амплитуды колебаний не превышали начальные амплитуды в момент времени момент вывода ионов потенциал одного из оконечных участков потока делается постоянно (или периодически) отрицательным по

отношению ко всему потоку. При этом накопившиеся в потоке ионы покидают его и могут быть использованы для ускорения.

Процесс повторяется многократно.

Расчет показывает, что в потоке электронов

1019 сфокусированном в шнур диаметром

сек.

1 мм при энергии электронов 8 кэв, который может быть получен на известной уже установке, атом U238 превращается в ион зарядности +38 за время около 0,1 сек. Это значит, что в таком потоке длиной 100 СИ4 будет генерироваться средний ток 0,1 мка ионов №з8 средней зарядности +38. Спектр зарядностей будет в основном определяться неоднородностью электронного потока в поперечном сечении. При однородной плотности следует ожидать, что 30% тока будет приходиться за оптимальную зарядность.

Предмет изобретения Способ получения многозарядных ионов, использующий ионизацию электронным ударом, отличающийся тем, что, с целью увеличения зарядности получающихся ионов и вывода их из области ионизации, атомы исходного материала вводят в протяженный электронный поток нарастающей плотности, оконечные участки которого поддерживают при потенциалах более высоких, чем сам поток, в течение времени, необходимого для достижения ионами нужной кратности ионизации Z, после чего потенциал одного из оконечных участков электронного потока делают постоянно или периодически, на время вывода ионов, отрицательным по отношению к самому потоку, причем закон нарастания плотности .протялсенного электронного потока в течение времени ионизации делают таким, чтобы плотность пространственного заряда электронов в нем к концу времени ионизации возрастала более чем в Z раз по сравнению с начальным моментом ионизации.