Способ получения отрицательных ионов Советский патент 1979 года по МПК H01J37/08 

1

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано при конструировании источников отрицательных ионов и электрон

В суэвременных газоразрядных источниках отрицательных ионов отбор отрицательных ионов производится с помощью, вытягивающего электрического поля через отверстие, выполненное в аноде источника отрицательных ионов 1 .

Известный способ отбора отрицательных ионов не позволяет получить пучки отрицательных ионов с малым энергетическим -разбросом ионов при малом сопутствующем токе электронов ез дополнительных специальных устройств . .

- Наиболее близким к данному техническому решению является способ получения и отбора отрицательных ионов путем зажигания газового разряда в камере с электродами и диафрагмами и отбор отрицательных ионов через отверстие эмиссии в одном из электродов 2 .

Однако существующий способ не позволяет производить отбор отрицагельнй.ч ионов из упомянутой камеры

с устойчивым ионоэнергетическим составом.и не ограничивает количество сопутствующих электронов.

Это обусловлено тем, что отрицательные ионы и электроны, образовавшиеся в различных частях газового разряда на участке между катодом и анодом разряда, ускоряются в электрическом поле разряда по направлению к аноду и приобретают за счет указанного ускорения энергию. В результате у поверхности анода в области отверстия для отбора отрицательных ионов собираются отрицательные ионы и электроны с различными энергиями. Наружное вытягивающее электрическое поле, проникающее через отверстие в аноде, захватывает отрицательные ионы и электроны и ускоряет их по направлению от упомянутой камеры. Совпадение направления электрического поля газовоР разряда с направлением вытягивающего электрического поля не позволяет получить пучок с устойчивым моноэнергетическим распределением отрицательных ионов и не способствует ограничению количества сопутствующих электронов. При этом неустойчивости, возникающие на различных участках газового разряда, вносят соответствующие изменения в энергетическое распределение отрицательных ионов и электрон Неустойчивость и большое значение энергетического разброса отрицательных ионов в пучке создают определенные трудности в использовании таких пучков особенно в. массспектроскопии отрицательных ионов, а наличие большого количества сопутствующих электронов понижает эффективность устройства и обусловливает рентгеновское излучение в устройствах, где применяется указанный способ отбора отрицательных ионов.

Цель изобретения - уменьшение количества сопутствующих электронов и разброса вытягиваемых ионов по энергии.

Поставленная цehь достигается тем что разряд зажигают между диафрагмой расположенной у электрода с эмиссион ным отверстием, и другим электродом, причем на последний подают положительный потенциал, а на электрод с эмиссионным отверстием подают отрицательный потенциал относительно указанной диафрагмы, величина которого обеспечивает вторичную ионоэлектронную эмиссию с поверхности электрода.

При таком направлении электрическ го поля вблизи указанной поверхности отрицательные ионы,и электроны, образованные в газоразрядной плазме, отталкиваются от этой поверхности и наоборот, положительные ионы ускоряются в направлении упомянутой поверхности и бомбардируют ее. В результате бомбардировки у поверхности стенки образуется некоторое количество вторичных электронов. При взаимодействии частиц плазмы с указанньми электронами, а также за счет других возможных процессов, образуются отрицательные ионы. Некоторая часть указанных отрицательных ионов и электронов захватывается вытягивающим электрическим полем через отверстие для отбора отрицательных ионов и ускоряется по направлению от упомянутой камеры,Отбор отрицательны ионов при этом производится из весьм тонкого слоя плазмы,расположенного у внутренней поверхности стенки камеры Падение потенциала в таком cлoeJ как правило,мало и поэтому энергетический разброс отобранных отрицательных ионов так же мал,Соответственно по той же причине количество сопутствующих электронов минимально,а их энертетическое распределение так же мало

На чертеже изображен источник отрицательных ионов, в работа которого использован предложенный способ отбора отрицательных ионов.

Источник отрицательных ионов содержит камеру 1, диафрагму 2 и 3,

анод 4, электрод с эмиссионным отвертием 5, вытягивающий электрод 6 и источники тока 7, 8. и 9.

Камера 1 предназначена для получения газоразрядной плазмы, диафрагма 3 и анод 4-для поддержании газового разряда, диафрагма с отверстием 2-для фиксирования плазменного образования 10, стенка электрода 5 вы.полнена из материала, обеспечивающего вторичную электронную эмиссию для создания благоприятных условий при образовании отрицательных ионов |В области отверстия для отбора отрит цательных ионов, вытягивающий электрод 6-для вытягивания отрицательных ионов из камеры 1 и ускорения их в направлении от указанной камеры.

Для осуществления предложенного способа отбора отрицательных ионов и камеры 1, в которой с помощью источника тока 7 между диафрагмой 3 и анодом 4 .поддерживают газовый разряд,пр этом у отверстия диафрагмы 2 образуется светящееся плазменное образование. Между диафрагмой. 3 и стенкой электрода 5 поддерживают разность потенциалов с помощью источника тока 8, при этом соединение источника тока 7 и 8 - последовательное.

При поддержании электрического потенциала на внутренней поверхности стенки электрода 5 ниже, чем потенциал плазмы 10. в области отверстия для отбора отрицательных ионов, отрицательно заряженные частицы, образованные в плазме 10, не в состоя нии попасть в область отверстия для отбора отрицательных ионов, а положительные ионы из плазмы 10 двигаются по. направлению к отверстию от;бора .отрицательных ионов и бомба;рдируют его поверхность, а также поверхность стенки электрода 5.-В результате бомбардировки ионами внутренней поверхности стенки электрода 5 при рекомбинации ионов у поверхности стенки возникает некоторое количество вторичных электронов, Наличие у поверхности стенки камеры в области отверстия для отбора отрицательных ионов вторичных электронов, положительных ионов, различных атомов и молекул с различными уровнями возбуждения способствует интенсивному образованию отрицательных ионов в указанной области.

Образованные отрицательные ионы у отверстия для отбора отрицательных ионов вытягивают из камеры с помощью электрического поля, поддерживаемого источником тока 9 между наружной поверхностью стенки электрода 5 и вытягивающим электродом 6 сГ более высоким электрическим потенциалом, чем потенциал на наружной поверхности стенки электрода 5. Отрищтельные ионы с сопутствующими электро