Электронно-ионный источник Советский патент 1983 года по МПК H01J3/04 H01J3/02 

О1 СП

со

4

оо Исооретение относится к плазменной технике, в частности к устройст ву плазменных источников заряженных частиц. По основному авт.св. W 456322 известен универсальный электронноионный источник с продольным извлечением частиц из отражательного разряда с холодными катодами, содер жащий катод с эмиссионным отверстием и расположенный против него второй катод, анод, систему вытягивания и систему электропитания, которая со держит дополнительный источник напряжения, причем катоды изолированы один от другого и присоединены к вы водам указанного источника напряжения, а во втором катоде имеется полость, через которую в источник подается рабочее вещество. Относительно высокая эффективность извлечения электрсЛ ов достигается в результате применения во втором катоде катодной полости, обеспечивакяцей стягивание разряда к оси, а также за счет подачи между изолированными .катодами напряжения смешения от дополнительного источника питания, снижающего катодное падение потенциала у эмиттерного катода. Однако снижение напр жением смещения величины катодного падения потенциала у эмиттерного ка тода до нуля невозможно, так как при этом нарушаются условия, необходимые для продольного колебания электронов в разряде, и источник перестае работать вследствие погасания разряда. Поскольку в рабочем режиме источ ника у эмиттерного катода пониженное катодное падение потенциала, не все электроны, движущиеся из плазмы к эмиттерному катоду ,cnoco6Wi выйти из разряда через эмиссионные отверстия, а только те, энергии которых достаточно для преодоления остаточного катодного падения потенциала - менее энергичные электроны тормозятся в катодном падении потенциала и возвращаются в плазму. Таким образом, в этом источнике возможная эффективность извлечения реализуется не полностью. ; Целью изобретения является повышение эффективности источника. Это достигается тем, что в отверс тие полого катода помещена втулка, образующая катодную полость и выполненная из металла, имеющего вцсокий коэффициент фотоэлектронной эмис сии, например магния. Предложенный электронный источник схематически изображен на чертеже. Источник содержит холодный эмиттерный катод 1 с эмиссионным каналом через который осуществляется извлече .ние электронов, холодный катод 2, в отверстие которого введена вставка 3, образующая катодную полость, цилиндрический анод 4 и извлекающий электрод 5, Магнитное поле между катодами обеспечивается постоянным кольцевым магнитом 6. Рабочий газ поступает в разрядную камеру через катодную полость во вставке. При подаче напряжения между катодами 1,2 и анодом 4, в разрядной камере сначала возбуждается обыкновенный пеннинговский разряд между плоскими частями катодов. С увеличением тока этого разряда, когда протяженность области катодного пащения у апертуры катодной полости становится меньше радиуса апертуры, плазма пеннинговского разряда проникает в полость, вследствие чего возбуждается эффект полого катода и пеннинговский разряд переходит в пслокатодный отражательный разряд. Основным видом эмиссии с катодов в пеннинговском разряде является ионно-электронная эмиссия, а в полокатодном отражательном разряде - фотоэлектронная эмиссия. Поэтог для снижения напряжения и тока пеннинговского разряда, при котором происходит заживание полокатодного отражательного разряда, плоские части катодов в источнике изготовлены из материала с относительно высоким коэффициентом ионно-электронной эмиссии (например сталь ), Катодная вставка 3 выполнена из материала с высоким коэффициентом фотоэмиссии и низким коэффициентом ионно-электронной эмиссии ( например магний ), 3fo обеспечивает относительно низкое напряжение горения полокатодного отражательного разряда, а также лучшее стягивание разряда к оси полости, поскольку при зажигании полокатодного отражательного разряда интенсивность эмиссионных процессов на плоских частях катодов существенно снижается. Стягивание разряда приводит к резкому увеличению плотности плазмы у апертуры эмиссионного канала и, следовательно, к снижению в этой области протяженности катодного падения потенциала. При достаточно малом, для предлагаемой конструкции источника, токе полокатодного отражательного разряда протяженность катодного падения потенциала у апертуры эмиссионного канала становится меньше ее радиуса и. происходит разрыв слоя катодного падения потенциала в апертуре эмиссионного канала. При этом плазма положительного отражательного разряда проникает в эмиссионный канал и становится возможным извлечение электронов с эффективностью, превышающей эффективность извлечения при наличии электрической асимметрии разряда ( смещение ), но в от

ЭЛЕКТРОННО-ИОННЫЙ ИСТОЧНИК ' по авт.св. » 456322, отличающийся тем, что, с целью повышения его эффективности, в отверстие второго катода помещена втулка, ов- разующая катодную полость и выполненная из металла, имеющего высокий коэффициент фотоэлектронной эмиссии, например магния.