Источник отрицательных ионов Советский патент 1986 года по МПК H01J27/04 

Изобретение относится к технике получения пучков ускоренных частиц и предназначено для получения пучков отрицательных ионов, главным образом пучков отрицательных ионов изотопов водорода с высокой яркость пучка для ускорителей. Известны источники для получения пучков отрицательных ионов, в которых используется добавление цезия в газоразрядные камеры источников. Проведенными исследованиями уста новлено, что обнаружейное увеличение скорости образования отрицатель ных ионов при добавлении цезия в, газоразрядную камеру обусловлено интенсификацией поверхностно-плазменного механизма генерации отрицательных ионов - образования отрицательных ионов при бомбардировке интенсивными потоками частиц газоразрядной плазмы поверхности электр дов газоразрядной ячейки за счет захвата электронов из электродов на уровни электронного средства распыленных и отразившихся частиц рабочего вещества. Интенсификация поверхностно-плазменного механизма генерации отрицательных ионов обусловлена увеличением в сотни раз верояткости ухода распьшенных и отразившихся частиц с поверхности в вид де отрицательных ионов при уменьшении работы выхода электродовза счет адсорбции подаваемого цезия.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является источник отрицательных ионов, содер жащий газоразрядную камеру с эмисси онной щелью в стенке и газоразрядно ячейкой с устройством подачи рабоче вещества и цезия. Эффективная генерация пучков ионов Н с высокой яркостью обеспечивается только в сравнительно узко диапазоне режимов работы этих источ ников, что требует тщательной оптимизации параметров и затрудняет управление. Целью изобретения является увели чение ресурса работы, повьш1ение уст чивости режимов с эффективной генерацией ярких ; пучков отрицательных ионов и. упрощение конс-Ррукции источ ника.. Для этого в источнике отрицатель ных Ионов, содержащем газоразрядную камеру с эмиссионной щелью в стенке и газоразрядной ячейкой с устройством подачи рабочего вещества и цезия, газоразрядная ячейка образована стенкой газоразрядной камеры с эмиссионной щелью, которая служит анодом, и катодом, который выполнен из тугоплавкого металла и имеет на торце, расположенном против эмиссионной щели, углубление в виде канавки с полуцилиндрической поверхностью, ось которой совмещена с эмиссионной щелью. Для источников с одной эмиссионной щелью оптимальная глубина канавки 2 мм, ширина 4 мм. По направлению дрейфа электронов в скрещенных полях канавка прерывается, не доходя до края катода, а с противоположной стороны на входе канавки с торца катода делается углуб- ление до облегчения зажигания разряда. В это углубление подается газообразное рабочее вещество и пары цезия. При такой конфигурации электродов газоразрядной ячейки обеспечивается зажигание и устойчивое горение сильноточных тлеющих разрядов без флуктуации параметров плазмы, обеспечивающих эффективную генерацию пучков отрицательных ионов с высокой яркостью, в более широком диапазоне изменения, магнитного поля, подачи рабочего вещества и цезия, чем в других источниках отрицательных ионов, а конструкция в целом обеспечивает более надежную работу источника. На фиг. 1 изображен источник отрицательных ионов; на фиг. 2 разрез А-А фиг.1. Источник состоит из корпуса газоразрядной камеры 1 с выемкой для катода и эмиссионной щелью 2 в тонкой стенке газоразрядной камеры, массивного катода 3, укрепленного в выемке корпуса 1 через изолятор 4.. Полный катод образован канавкой с прлуцилиндрической поверхностью 5 на торце катода, примыкающем к эмиссионной щели. В катоде и аноде проделаны каналы 6 для подачи рабочего вещества и подачи цезия из контейнера 7. В катод и в корпус газораз рядной камеры впаяны трубки 8 и 9 для охлаждающего агента. Газоразрядная камера электрически изолирована от основа1 ия 10 с извлекающим электродом 11, полюсами магнита 12 и окном 13 для пучка отрицательных . ионов 14. Источник работает следующим образом. В газоразрядную ячейку по каналу 6 в катоде или аналогичному каналу в аноде подается газообразное рабочее вещество, а из кон тейцера 7 - пары цезия. Между катодом 3 и корпусом газоразрядной камеры Г прикладывается напряжение, поджигающее и поддерживающее разряд При достаточно малых зазорах (0,5-1мм между катодом и анодом разряд локали зуется в полуцилиндрической канавке примыкающей к эмиссионной щели 2 .При глубине канавки 2 мм сильноточный тлеющий разряд, генерирующий отрицательные ионы, зажигается и без магнитногоПОЛЯ, но без магнитного поля вместе с отрицательными ионами извлекается интенсивный поток сопутствующих электронов, который формируется в пучок. В этом режиме из источника можно получать интенсивные пучки ускоренных электронов. Для запирания сопутствующих электро нов полюсами магнита 12 создается магнитное поле, замагничивающее электроны. За счет уменьшения подвижности электронов поперек магнитного поля уменьшается скорость их продвижения через эмиссионную щель и они успевают уйти на стенки эмиссионной щели вдоль магнитного поля, тогда как отрицательные ионы с много большими ларморовскими радиусами . проходят через эмиссионную щель сво бодно. В присутствии магнитного поля электроны разряда дрейфуют вдоль канавки. Для предотвращения проникновения электронов на изолятор 4 канавка прерывается до ее выхода н край катода, к которому дрейфуют электроны, а изолятор экранирован от остающегося потока плазмы лабири том. Для облегчения зажигания разря противоположная часть канавки углуб лена и именно в эту область подаетс рабочее вещество и цезий. Цезий ионизируется в разряде и переносится на рабочую поверхность катода в виде ионов. За счет адсорб ции цезия уменьшается работа выхода и увеличивается коэффициент вторичн ионно-электронной эмиссии катода. При этом напряжение разряда в водороде уменьшается q 600 до 100 В. Одновременно увеличивается коэффициент вторичной эмиссии отрицатель74ных ионов с катода, бомбардируемого быстрыми ионами. Образовавшиеся отрицательные ионы ускоряются прикатодным падением напряжения между катодом и плазмой. Ускоренные отрицательные ионы фокусируются полуцилиндрической поверхностью канавки на эмиссионную щель 2. Однако при движении через плазму при больших токах разряда часть отрицательных ионов успевает разрушиться и они преобразуются в поток ускоренных атомов, которые бомбардируют стенки, эмиссионные щели и прилегающие стенки анода. За счет адсорбции цезия работа выхода этих поверхностей также уменьшается, а коэффициент вторичной эмиссии отрицательных ионов увеличивается, так что и с этих поверхностей эмиттируется интенсивный поток отрицательных ионов, формируемый в .пучок Поток отрицательных ионов, проходящий -через эмиссионную щель, ускоряется высоким напряжением, приложенным между корпусом газоразрядной камеры 1 и пластинами вытягивающего электрода 11, и формируется в пучок 14. Через эмиссионную щель выходит и поток ускоренных атомов рабочего вещества, образовавшихся за счет разрушения в плазме разряда ускоренных отрицательных ионов. Предлагаемый источник обеспечивает генерацию направленного потока ускоренных атомов с энергией, определяемой напряжением разряда, и эмиссионной плотностью потока до нескольких эквиваентных ампер на 1 см. При достаточном потоке цезия тлеющий разряд в водороде горит без регистрируемых флуктуации напряжения и тока разряда при изменении напряженности магнитного поля в области газоразрядной ячейки от О до 10 Э. Для предотвращения выхода потока сопутствующих электронов через эмиссионную щель с толщиной стенок 1 мм и шириной 0,5 мм достаточно магнитного поля с напря- жением 200 - 300 Э. Исследованные образцы поверхностно-плазменных источников предлагаемой конструкции обеспечивали получе- ние импульсных пучков Н с интенсивностью до 175 мА при размерах эмиссионной щели 0,3 X 10 мм . При выкючении магнитного поля получались пучки электронов.с интенсивностью

ИСТОЧНИК ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ИОНОВ, содержащий газоразрядную камер с, эмиссионной щелью в стенке и газо разрядной ячейкой с устройством подачи рабочего вещества и цезия, отличающийся тем,что, с целью увеличения ресурса работы, повышения устойчивости режимов с эффективной генерацией ярких пучков отрицательных ионов и упрощения конструкции источников, газоразрядная ячейка образована стенкой газоразрядной камеры с эмиссионной щелью, которая служит анодом, и катодом, который выполнен из тугоплавкого металла и имеет на торце, расположенном против эмиссионной щели, углубление в виде канавки с полуцилиндрической поверхностью, ось которой совмещена с эмиссионной щелью.