Источник заряженных частиц Советский патент 1992 года по МПК H01J37/08 

Изобретение относится к источникам заряженных частиц и может быть использовано для полумения пучков положительных и отрицательных ионов,-, а также электронов.

Известны ионные газоразрядные источники, в которых используют принудительное сужение канала разряда с помощью диафрагмы, а отбор ионов осуществляют через отверстие в аноде о

Отверстие в диафрагме используют для контрагирования плазмы, однако п известных источниках эффективного контрагирования обеспечить не удается

Ближайшим техническим решением является источник заряженных частиц, содержащий разрядную камеру с расположенными в ней катодом, анодом с каналом и диафрагмой с отверстием, соосным каналу в аноде, а также вытягивающий электрод.

Высокая плотность тока заряженных частиц в указанном источнике достига ется увеличением плотности тока разряда у канала в аноде с помощью диафрагмы с отверстием

Однако эффективность получения за ряженных частиц из такого источника недостаточна в связи с тем, что площадь поперечного селения отверстия в диафрагме больше площади поперечного сечения канала в аноде, в результате .чего большая часть газоразрядной плазмы, образованная у поверхности анода, не дает вклада в извлекаемый ионный ток„

Целью изобретения является повышение газовой экономичности источник ка о .

Эта цель достигается тем, что на . диафрагме выполнен конический выступ, обращенный к аноду, причем площадь оперечного сечения отверстия в ди фрагме- не превышает площадь попереч ого сечения канала в аноде. Обычно длина конического выступа иафрагмы такова, что отверстие в ,из$рагме расположено внутри канала Сущность изобретения поясняется ертеяом. Источник содержит газоразрядную к еру 1, в которой установлены катод :код 3 С каналом k и диафрагму 5с о :ерстием 6, выполненным в вершине гонического выступа диафрагмы 5 Вытягивающий электрод 7 расположе :нару ни газоразрядной камеры 1. От :ерстия в диафрагме . 5 и электроде 7 ;сссны каналу в аноде 3Источник работает следующим об )азом; При подаче рабочего газа в камеру i и напряжения между катодом 2 и .ано 10М 3 в камере 1 загорается газовый 5ззряд. С катодной стороны отверстия j 3 диафрагме 3, изолированной от ка года 2 и анода 3, возникает ярко све гяцееся плазменное образование с эвойным электрическим слоем, . Двойной электрический слой ускоря ;т и формирует струю заряженных часгиц, которая входит вканал 4 ваноце 3 В канале А происходит концентр рование тока разряда благодаря тому, то плсцадь поперечного сечения отве стия 5 3 диафрагме 5 меньше площади поперечного сечения канала k в аноОсобенно эффективна работа источн ка, когда длина конического выступа дисфраг. 3 такова, что отверстие 6 3 диафрагме 5 расположено внутри канала 3 акоде . . Созмещение плазменной струи .образозанной потоком заряженных частиц зыг. из отверстия s диафрагме кзнзл 3 аноде, с плазмой канала в ан де сбеслечизает увеличение эффективности отсора заряженных частиц из п.-ззуы. Осгбенно существенны преимущества изпорете.чия при получении пучка отри цательных ионов. Размеры канала в аноде для отбора заряженных частиц в известных источн/.хзх. наряду с другими условиями, ;отс;я также и условиями поддер :о5ходимого давления газа в -(утке между вытягивающим . электродом 7 и анодом 3. Практически диаметр указанного канала- не превышает 3 мм. Однако для ряда устройств в связи с условиями откачки газа тре-,: буется применение источников с каналом в аноде диаметром менее 0,3-мм. Указанное требование накладывает определечные условия на размеры от верстия 6 в диафрагме 3. При пропускании газового разряда через малые отверстия может возникнуть прерывистый (пульсирующий) разряд по причине откачного действия сужения канала разряда. Однако при длине канала отверстия б в диафрагме 3 не более радиуса указанного отверстия можно без особых трудностей пропускать разряд с силой тока 1 А через отверстие диаметром 0,3 мм. При необходимости пропускания газового разряда через отверстия менее 0,3 мм длину канала отверстия Ьследует делать как можноменьше,например О, 03мм. В любом случае длина канала отверстия 6 в диафрагме 3долж-. на быть минимально возможной,поскольку. с увеличением длины канала отверстия 6 увеличиваются энергетические пotepи. взаимодействия частиц со стенка ми канала отверстия 6. Эффективность получения положительных и отрицательных ионов, а также электронов значительно выше, чем при использовании известных, источников заряженных частиц. При силе тока разряда 0,13 А и напряжении на разряде 100 В, при давлении газа (водород) в источнике 0,3 тор и вытягивающем напряжении 9,8 кВ общий отбираемый ток положительных ионов 30 мкА. Наиболее инг , тенсивная линия в масс-спектре соответствует ионам 2, при этом распределение по интенсивностям различных масс-спектральных линий в процентах от интенсивности Н составля.ет Н 18, Н - kQ% и Н При этом/, общее количество отбираемых электро- нов было более 0,01 А. Использование предлагаемого источника заряженных частиц в связисконцентрированием разряда в небольшом объеме канала отверстия 4 в аноде 3 без применения дополнительных магнитного и электрических полей позволяет сократить энергозатраты на получение заряженных частиц из источника.

j

f ff

f/ }f f

)

К ИСТОЧНИК ЗАРЯЖЕННЫХ"ЧАСТИЦ, содержащий разрядную камеру"с расположенными в ней катодом, aHoii^oMс каналом и диафрагмой с отверстием, соосным каналу в аноде, а также вытл- гивающий электрод, отличающийся тем, что, с целью повышения' газовой экономичности, на диафрагме выполнен конический выступ, обращен" ный к аноду, причем площадь поперечного сечения отверстия в диафрагме не превышает площадь поперечного сече" ния канала в аноде..'..2. Источник по п. 1, о т л и ч ;а'- ю щ и и с я тем, что отверстие в диафрагме расположено внутри канала в а ноде.