УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ С АНОДНЫМ СЛОЕМ Советский патент 1995 года по МПК H05H5/00 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при разработке ускорителей с замкнутым холловским током, применяемых для технологических целей.

Известен ускоритель ионов с анодным слоем, содержащий разрядную камеру, ускорительную камеру, магнитную систему и систему подачи.

В известном устройстве за счет циркуляции замкнутого холловского тока осуществляется ионизация рабочего вещества с последующим ускорением ионов.

Недостатком известного устройства является разрушение электродов под действием ионной бомбардировки, что в свою очередь снижает чистоту ионного пучка, КПД устройства и его срок службы.

Прототипом данного изобретения является ускоритель ионов с анодным слоем, сохраняющий расположенную между полюсами магнитной системы разрядную камеру, внутри которой размещены анод-ионораспределитель и катоды, подключенные к источнику электропитания.

В известном устройстве за счет циркуляции замкнутого холловского тока осуществляется ионизация паров рабочего вещества с последующим ускорением ионов.

Недостатком известного устройства является загрязнение ионного пучка материалами, образованными за счет бомбардировки электродов ионами, что в свою очередь снижает КПД устройства и срок его службы.

Целью данного изобретения является устранение указанного недостатка, т. е. повышение чистоты ускоряемого ионного пучка и увеличение энергетического КПД устройства и его срока службы.

Поставленная цель достигается тем, что в ускорителе ионов с анодным слоем, содержащем расположенную между полюсами магнитной системы разрядную камеру, внутри которой размещены анод-парораспределитель и катоды, подключенные к источнику электропитания, между анодом-парораспределителем и катодами в разрядной камере установлены два дополнительных соосных кольцевых электрода, изолированные от всех остальных элементов устройства.

Поставленная цель достигается также тем, что обращенные к катодам торцы двух дополнительных кольцевых электродов совмещены с одной и той же силовой линией поля магнитной системы.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства. Ускоритель ионов с анодным слоем содержит анод-парораспределитель 1 с выходной щелью 2, дополнительные кольцевые электроды 3 и катоды 4. Торцевые кромки электродов 3 совмещены с одной силовой линией 5 поля магнитной системы.

Устройство работает следующим образом.

Рабочее вещество из анода-парораспределителя 1 через щель 2 попадает в разрядную камеру. В первой секции разрядной камеры, образованной анодом-парораспределителем 1 и металлическими изолированными электродами 3, происходит основная ионизация рабочего вещества, а затем образованные ионы ускоряются во второй секции разрядной камеры, образованной металлическими кольцевыми электродами 3 и катодами 4. Кольцевые изолированные электроды, находящиеся под плавающим потенциалом, разбивают разрядную камеру на две секции, которые выполняют различные функции. Первая секция является ионизационной камерой, а вторая выполняет роль ускоряющей камеры. Такой режим работы является самосогласованным, поскольку процесс ионизации в первой и второй секциях автоматически согласуется так, что выполняется равенство токов ионной и электронной компонент на дополнительные электроды из двух секций разрядной камеры.

Чтобы фокусировка ионного пучка в ускорителе не ухудшалась, внешние кромки дополнительных кольцевых электродов устанавливаются на одной силовой линии 5.

В данном устройстве протяженность разряда поперек магнитного поля (толщина слоя) устанавливается уже не автоматически, а увеличивается на ширину дополнительных электродов. Падение потенциала на первой секции разрядной камеры, образованной анодом и металлическими изолированными электродами, зависит, в частности, от ширины дополнительных электродов и может быть существенно ниже приложенного разрядного напряжения, но в то же время достаточным для ионизации рабочего вещества. При напряжении на разрядной камере порядка 200 В напряжение на первой секции составляет несколько десятков вольт и в ней происходит основная ионизация рабочего вещества. Образовавшиеся ионы ускоряются во второй секции разрядной камеры. Использование металлических изолированных электронов существенно снижает ток на катоды, а энергия проходящих на дополнительные электроды ионов оказывается близкой к порогу распыления многих веществ. Это позволяет снизить разрушение электродов, уменьшить количество примесей в пучке и уменьшить потери энергии внутри ускорителя по сравнению с прототипом.

1. УСКОРИТЕЛЬ ИОНОВ С АНОДНЫМ СЛОЕМ, содержащий расположенную между полюсами магнитной системы разрядную камеру, внутри которой размещены анод-парораспределитель и катоды, подключенные к источнику электропитания, отличающийся тем, что, с целью повышения чистоты ускоряемого ионного пучка и увеличения энергетического КПД устройства и его срока службы, между анодом парораспределительных и катодами в разрядной камере установлены два дополнительных соосных кольцевых электрода, изолированные от всех остальных элементов устройства. 2. Ускоритель ионов с анодным слоем по п.1, отличающийся тем, что обращенные с катодам торцы двух дополнительных кольцевых электродов совмещены с одной и той же силовой линией поля магнитной системы.