Интенсивный ионный источник

 

К а с 21а, 21 ссср

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Подписная группа Л - 97

Н. С. Зинченко

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК, ГЕНЕРИРУЮЩИЙ ИОНЫ ПУТЕМ

УДАРНОЙ ИОНИЗАЦИИ МОЛЕКУЛ ГАЗА

Заявлено 20 июня 1960 г. за № 670444/26 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» № 17 за 1961 г.

Ионные источники, генерирующие ионы за счет ударной ионизации молекул газа и содержащие электронную пушку, ускоряющую диаг11рагму, коллекторы электронов и ионов, известны.

В предлагаемом ионном источнике в отличие от известных отсутствует магнитное поле, а за коллектором электронов, выполняющим также роль вытягивающего ионы электрода и имеющим центральное отверстие, помещен находящийся под отрицательным потенциалом коллектор ионов.

Такое выполнение ионного источника позволяет получить в высоком вакууме интенсивный ионный пучок (т. е. большой ионный ток), сфокусированный электронным пучком того же направления, а также осуществить необходимое разделение ионного и электронного пучков.

На чертеже изображена схема предлагаемого ионного источника.

Электроны в источнике генерируются электронной пушкой 1 и ускоряются затем постоянным электрическим полем, создаваемым ускоряющей диафрагмой 2. Далее электроны попадают в пространство между ускоряющей диафрагмой 2 и фигурным электродом-коллектором 8 электронов, имеющим центральное отверстие 4. Потенциал коллектора 8 ниже потенциала ускоряющей диафрагмы 2, что создает между ними постоянное электрическое поле, замедляющее электроны.

При определенных значениях замедляющего электри еского поля (т. е. градиентов потенциала) в пространстве между диафрагмой 2 и коллектором 8 создается (за счет ударной ионизации молекул газа) и накапливается такое количество положительных ионов, которое достаточно для нейтрализации отрицательного заряда электронного пучка.

Поскольку электроны движутся по направлению к коллектору 8 с уменьшающимися скоростями, ионизация на единицу пути электронного пучка в пространстве между диафрагмой 2 и коллектором 3 будет разная — она увеличивается (в известных пределах) по мере уменьше№ 140918 ния потенциала, r„. е. концентрация положительных ионов в объеме электроййого пучка увеличивается по мере приближения к коллектору

8 электрон @ (это происходит потому, что потенциалы диафрагмы 2 и коллектора 8 выбираются такими, чтобы потенциал максимальной удельной иМизации молекул газа лежал между ними, причем существенно ближе к потенциалу коллектора 8).

Вследствие нейтрализации объемного заряда в пучке движение создаваемых таким путем ионов происходит в направлении движения электронов, т. е. к коллектору 8 электронов, а затем и дальше — через центральное отверстие 4 в коллекторе 8 †. к коллектору 5 ионов, находящемуся под отрицательным потенциалом. При этом происходит необходимое разделение электронного и иончого пучков и в пространстве между коллекторами 8 и 5 происходит ускорение положительных ионов и создается ионный ток.

Неравномерная конструкция положительных ионов вдоль электронного пучка приводит к продольному сжатию ионов в пучке. Кроме того, поскольку в каждом поперечном сечении пучка имеется создаваемый электронами потенциальный минимум, положительные ионы будут также двигаться к оси пучка и улавливаться в его обьеме.

Таким образом, происходит накопление положительных ионов в объеме электронного пучка, нейтрализации объемного заряда и ионнач фокусировка электронного пучка, в результате чего пучок принимает форму, близкую к цилиндрической. Все это приводит к росту концентрации ионов в объеме сфокусированного пучка, повышению плотносги ионов в пучке, а следовательно к росту ионного тока. Ионный ток будет тем больше, чем лучше сфокусирован пучок при заданном электронном токе.

Возможно также создание ионного потока в форме конически сходящегося пучка. Это достигается специальной конструкцией электронного и ионного коллекторов 8 и 5, поверхности и форма которых выбираются на основе законов электронной оптики.

Предмет изобретения

Ионный источник, генерирующий ионы путем ударной ионизация молекул газа, и основанныи на ионной фокусировке электронного погока при высоком вакууме, содержащий электронную пушку, ускоряющую диафрагму, коллекторы электронов и ионов, отличающийся тем, что, с целью получения без магнитного поля ри высоком вакууме интенсивного ионного пучка, сфокусированного электронным пучком того же направления и осуществления необходимого разделения ионного и электронного пучков, за коллектором электронов, выполняющим также роль вытягивающего ионы электрода и имеющим центральное отверстие, помещен находящийся под отрицательным потенциалом коллектор ионов.

¹ 140918

Составитель И. С. Сбитникова

Техред А. А. Кудрявицкая Корректор Н. И. Кулешова

Редактор А. К. Лейкина

Типография ЦБТИ, Москва, Петровка, 14.

1iодп. к печ. 20.111-62 r. Формат бум. 70Х108 /« Объем 0,26 изд. л.

Зак. 2065 Тираж 950 Цена 4 коп.

ЦБТИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, М. Черкасский пер., д. 2/6.