Способ получения пучка ионов

 

пц805862

uoI03»,саетскнх

Сецналистическнх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.02.79 (21) 2721220/18-25 (51) М. Кл."

Н 01 J 27/02 с присоединением заявки №

Гесударста"аиый кама е

CCCP

flo илам иаабретеиий и аткрытий (23) Приоритет (43) Опубликовано 23.10.82, Бюллстень ¹ 39 (45) Дата опубликования описания 23.10.82 (53) УДК 533.95 (088.8) 1

l (72) Автор изобретения!

Б. Н. Маков

C ъг

» (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПУЧКА ИОНОВ

Изобретение относится к области ионных источников, которые могут быть использованы для получения интенсивных ионных пучков одно- и многозарядных ионов различных элементов в ускорителях, в уста- 5 новках для имплантации ионов, инжекции пучков в термоядерные устройства и в целом ряде других приложений.

Известны способы получения ионных пучков, по которым ионы извлекают с грани- 10 цы плазмы газового разряда. Для повышения эффективности ионизации в разряде используют магнитное поле той или иной конфигурации (1).

В известных способах невозможно повы- 15 сить эффективность электростатического извлечения ионов с границы плазмы, вследствие чего плотность ионного тока ограничена пространственным зарядом пучка.

Ближайшим техническим решением явля- 20 ется способ получения пучка ионов из газового разряда, включающий наложение на разряд скрещенных магнитного и электрического полей, извлечение ионов с плазменной границы из отверстия в ограничиваю- 25 щей разряд стенке, формирование и ускорение пучка ионов с помощью электростатической ионно-оптической системы (2), В известном способе используют магнитное пОле, компланарное плоскости извлека- 30 ющего отверстия и создают, используя известные закономерности разряда в скрещенных Е и П полях, электрическое поле, направленное к отверстию. При этом величину магнитного поля выбирают из условия замагниченности электронов и незамагничснности ионов, В этом случае ионы предускоряются в разряде по направлению к извлекающему отверстию, что приводит к повышению плотности тока.

Известный способ обладает недостатком, связанным с тем, что электрическое поле одинаково воздействует на ионы любой массы, образовавшиеся в разряде, а повышение 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 способе получения пучка ионов из газового разряда, включающем наложение на разряд скрещенных магнитного и электрического полей, извлечение ионов из отверстия с помощью электростатической ионно-оптической системы, плоскость, образованная векторами напряженности магнитного и электрического полей параллельна плоскости извлекающего отверстия, на805862 правление упомянутых полей устанавливают пз условия на1(равленности скорости дрейфа плазмы к о(версти(о, а величину магнитного поля зада(от из условия замагниченности, по крайней мере, одного из 5 ионных компонентов плазмы.

Кроме того, с целью повышения относительной доли атомарных ионов при получении пучка ионов водорода нли его изотопов, напряженность магнитного поля выби- 10 рают из условия: (LQ где Й, R, R,,— лорморовские н иа нз 15 — ) -+Е у, В

U@ — ",, (си) 50 где  — индукция магнитного поля.

Указанная скорость одинакова для всех частиц в плазме, однако движутся они по разным траекториям в силу различия в ларморовском радиусе частиц:

U( е — В

М G0 где Ul — скорость частиц поперек магнито о по„я — — удельный заряд ионов. В результате кроме предускорения ионов радиусы ионов Н вЂ” Н; Н; соответственно, L — наименьший характерный размер отверстия. «0

Сущность изобретения поясняется чертежом, на 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 1.

Рабочий газ подается через канал 3. Н»уа ри газоразрядной камеры расположен электрод 4 (анод). Внешняя магнитная систе- з0 ма на чертеже не показана) создает поле

Й, компланарное плоскости извлекающего отверстия.

Способ реализуется следующим образом. 3 )

Подается рабочий газ и подводится разность потенциалов между анодом 4 и стенками камеры 1. Зажигается разряд, в котором электрическое поле Е ортогонально И, а плоскость векторов Е, Й параллельна -!О плоскости извлекающего отверстия. Если при этом величина Л такова, что ионы замагничены (ларморовский радиус ионов меньше поперечного размера источника), то наблюдается дрейф плазмы в сторону из- 45 влекающего отверстия. Скорость дрейфа определяется выражением:

Формула изобретения

1. 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 пучка ионов с помощью электростатической ионна-оптической системы, о тл ич а ющнйcя тем, что, с целью повышения плотности тока и улучшения однородности пучка по составу, плоскость, образованная векторами напряженности магнитного и электрического полей параллельна плоскости извлекающего отверстия, направление упомянутых полей устанавливают из условия направленности скорости дрейфа плазмы к отверстию, а величину магнитного поля задают из усл (3H51 замагниченностп, по крайней мере, одного из ионных компонентов плазмы.

2. Способ по п. 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: иь н" г где — лорморовские радиусы ионов Н,Н Н«соответственно, L — наименьший характерный размер извлекающего отверстия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Габович М. Д. Физика и техника плазменных источников ионов. Атомиздат, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР A 217539, кл. Н 01J 3/04, 1967 (прототип). можно по данному способу осуществлять возд(йствпс 11а зарядный состав пучка. Так, прп 1)аботс н» 13од()род(1(лн сг() нзотопах в плазме образуются H()lll I трех компонентов: Н Н, Н . Устанавливая И такой, побы ларморовскии радиус ионов П+ — + был бы не больше ширины щели L, ларморовские радиусы остальных ионов были бы больше этой величины, можно повысить вероятность выхода ионов П+ пз источника по сравнению с другими ионами.

Предложенный способ, таким образом, обеспечивает повышение плотности ионного тока, извлекаемого из источника и улучшение однородности пучка по составу.

805862

Составитель В. Обухов

Техред О. Павлова

Редактор Е. Зубиетова

Корректор О. Гусева

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1674/13 Изд. № 237 Тираж 758 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5Ê-35, Раушская наб., д. 4/5