Способ получения пучка ионов Советский патент 1982 года по МПК H01J27/02 

1

Изобретение относится к области иониых источников, которые могут быть нснользованы для иолучения интенсивных ионных пучков одно- и многозарядных ионов различных элементов в ускорителях, в установках для имплантации ионов, инжекции пучков в термоядерные устройства и в целом ряде других приложений.

Известны способы получения ионных пучков, но которым ионы извлекают с границы плазмы газового разряда. Для повышения эффективности ионизации в разряде используют магнитное поле той или иной конфигурации 1.

В извеетных способах невозможно повысить эффективность электростатического извлечения ионов с границы нлазмы, вследствие чего плотность ионного тока ограничена пространственным зарядом пучка.

Ближайшим техническим решением является способ получения пучка ионов из газового разряда, включающий наложение на разряд скрещенных магнитного и электрического полей, извлечение ионов с плазменной границы из отверстия в ограничивающей разряд стенке, формирование и ускорение иучка ионов с помощью электростатической нонно-оитической системы 2.

В известном способе используют магнитное поле, компланарное плоскости извлекающего отверстия и создают, используя известные закономерности разряда в скрещенных Е и // полях, электрическое иоле, направленное к отверстию. При этом величипу магнитного поля выбирают из условия замагничениости электронов и незамагничениоетн ионов. В этом случае ионы предускоряются в разряде ио направлению к извлекающему отверстию, что приводит к

новышению плотности тока.

Известный способ обладает недостатком, связанным с тем, что электрическое поле одинаково воздействует на ионы любой массы, образовавшиеся в разряде, а повыщение плотности ионного тока ограничено, на практике, порогом распыления стенки с извлекающим отверстием.

Целью изобретения является повышение плотности тока и улучшение однородности

пучка по составу.

Эта цель достигается тем, что в известном снособе получения пучка ионов из газового разряда, включающем наложение на разряд скрещенных магнитного и электрического нолей, извлечение ионов из отверстия с помощью электростатической ионно-оптической системы, плоскость, образованная векторами напряженности магнитного и электрического полей иараллельна плоскости извлекающего отверстия, направление уг1ом 11утых полей устанавливают пз условия паирав-лепности скорости дрейфа плазмы к отверстию, а величину магнитного поля задают из условия замагниченпости, по крайней мере, одного из ионных компонентов плазмы.

Кроме того, с целью повышения относительной доли атомарных ионов при получении пучка ионов водорода или его изотопов, напряженность магнитного поля выбирают из условия:

R LI

-, 3

где/ , f - лорморовские

н 2 3

радиусы ионов Н Н Н

соответственно,

L - наименьший характерный

размер отверстия.

Сущность изобретения поясняется чертежом, па котором изображен пример источника ионов, реализующий данный способ. Источник содержит газоразрядную камеру, образованную стенками 1, в передней стенке 2 выполнено извлекающее отверстие, например, в виде щели шириной L. Рабочий газ подается через капал 3. Внутри газоразрядной камеры расноложеп электрод 4 (анод). Внешняя магнитная система (на чертеже не ноказапа) создает поле /i, компланарное плоскости извлекающего отверстия.

Способ реализуется следующим образом.

Подается рабочий газ и подводится разность потенциалов между анодом 4 и стенками камеры 1. Зажигается разряд, в котором электрическое поле ортогонально Я, а плоскость векторов Е, Н параллельна плоскости извлекающего отверстия. Если ири этом величина Я такова, что ионы замагничены (ларморовский радиус ионов меньше поперечного размера источника),то наблюдается дрейф плазмы в сторону извлекающего отверстия. Скорость дрейфа определяется выражением: где В - индукция магнитного поля. Указанная скорость одинакова для всех частиц в плазме, однако движутся они по разным траекториям в силу различия в 55 ларморовском радиусе частиц: i/i где L/i - скорость частиц поперек магнитного поля, - удельный заряд ионов. В М результате кроме предускорения ионов 55

4

можно по данному способу осуществлять воздействие па зарядн1)1Й состав пучка. Так, при работе lui водороде ii.iii его и:ютопах в н.лазме образуются ионы тре. ко.мпоненТОБ: Н Н Яд . Устанавливая Я такой, чтобы ларморовский радиус ионов Я+- был бы )ге больше ширины щели L, ларморовские радиусы остальных ионов были бы больше этой величины, можно повысить вероятность выхода ионов Я+ из источника по сравнению с другими ионами.

П)сдложенный способ, таким образом, обеспечивает повышение плотности ионного тока, извлекаемого из источника и улучшение ОлТнородности пучка по составу.

Формула изобретения

1.Способ получения пучка ионов из газового разряда, включаюший наложение на разряд скрещенных магнитного и электрического полей, извлечение ионов с плазменной границы из отверстия в ограничивающей разряд стенке, формирование и ускорение пучка ионов с помощью электростатической ионно-оптической системы, отл и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения плотности тока и улучн1ения однородности пучка по составу, плоскость, образованная векторами напряженности магнитного и электрического полей параллельна плоскости извлекаюигего отверстия, направление упомянутых нолей устанавливают из условия направленности скорости дрейфа плазмы к отверстию, а величину магнитного поля задают из ус;; -вия замагниченности, по крайней мере, одного из ионных комнопентов плазмы.

2.Способ по н. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения относительной доли атомарных ионов при получении пучка ионов водорода или его изотопов, напряженность магнитного поля выбирают из условия:

- лорморовские радиусы ионов /У Н Н COOT 2 V ветственно, L - наименьший характерный размер извлекающего отверстия. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Габович М. Д. Физика и техника плазенных источников ионов. Атомиздат, 972. 2.Авторское свидетельство СССР ° 217539, кл. Н 01J 3/04, 1967 (прототип).

4