Источник ионов металлов

 

Изобретение относится к ионно-плазменной технике и предназначено для генерирования ионов в технологическом оборудовании. Источник содержит катод, изолятор, поджигающий электрод, анод, сопло, ускоряющий электрод, подключенные к источникам питания. В предлагаемом источнике ионов реализуются принципиально новые для данного класса приборов физические процессы, а именно формирование плазмы в сверхзвуковой поток и изменение его параметров электрическими методами. При этом не только достигается повышение эффективности источника, но и обеспечивается регулирование параметров источника, в частности, распределением плотности тока в пучке и его диаметром. 1 ил.

Изобретение относится к ионно-плазменной технике и предназначено для генерирования ионов в технологическом оборудовании. Целью изобретения является повышение эффективности источника. На чертеже представлена схема предлагаемого источника ионов. Источник содержит катод 1, изолятор 2, поджигающий электрод 3, анод 4, сопло 5, ускоряющий электрод 6, подключенные к источникам питания 7 - 10. При давлении в рабочей камере 10^-3 Па между катодом и поджигающим электродом подается импульс поджигающего напряжения (10 - 20 кВ) и по поверхности керамического изолятора возникает разряд с образованием на катоде катодного пятна. В этот момент на анод генератора подается импульс напряжения, в результате чего между катодом и анодом возникает дуговой разряд, в области катодного пятна которого происходит интенсивный нагрев и испарение материала катода с одновременной ионизацией паров. Давление в этом локализованном объеме достигает 10 - 50 атм и создается большой градиент давления, под действием которого нейтральные и заряженные частицы плазмы ускоряются практически до звуковых скоростей. Поскольку генератор плазмы расположен в критическом сечении сверхзвукового сопла, то разлетающаяся плазма сразу формируется в сверхзвуковой поток. В этом потоке происходит дополнительная ионизация нейтральных атомов распыленного металла, приводящая к повышению плотности ионов в плазме. На выходе из сопла плазменный поток имеет сверхзвуковую скорость, и в зависимости от тока дуги, определяющего давление в окрестности катодного пятна, ударная волна сверхзвукового потока устанавливается на уровне среза анода. На фронте ударной волны выравнивается концентрация плазмы по ее сечению, спрямляется ее граница. С границы плазмы на фронте ударной волны, где повышена плотность плазмы, происходит отбор и ускорение ионов под действием поля ускоряющего электрода. С повышением плотности плазмы увеличивается ток ионов на выходе и растет эффективность источника. Плотность ионов в плазме увеличивается не только за счет ее уплотнения в ударной волне, но и за счет дополнительной ионизации нейтральных атомов и снижения потерь плазмы в результате формирования ее в сверхзвуковой поток с момента образования.

Формула изобретения

Источник ионов металлов, содержащий цилиндрический анод, коаксиально которому последовательно установлены стержневой катод, цилиндрические изолятор и поджигающий электрод, торцы которых расположены в одной плоскости, ускоряющий электрод и импульсные источники разрядного и ускоряющего напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и эффективности извлечения ионного тока, на внешней поверхности поджигающего электрода установлено профилированное сверхзвуковое сопло из диэлектрического материала, критическое сечение которого размещено в торцовой плоскости катода и поджигающего электрода.

РИСУНКИ

Рисунок 1