CH210024A - Einrichtung zur Erzeugung eines intensiven Ionenstrahls von sehr hoher Geschwindigkeit. - Google Patents

Description

  Einrichtung zur Erzeugung eines intensiven     Ionenstrahls      von sehr hoher     Geschwindigkeit.       Es     ist    bekannt, dass positive Ionen in neu  trale Teilchen     und    diese     in,    negative Ionen  und     umgekehrt    negative Ionen auf dem Um  weg über neutrale Teilchen in positive Ionen       durch        Umladung    verwandelt werden können.  Es ist ferner bekannt, durch     mehrfache          Nachbeschleunigung    Ionen sehr hoher     @Ge-          schwindigkeiten    zu erteilen.

   Bei den bekann  ten Verfahren werden jedoch     positive    Ionen  benutzt.     Diese    werden     beschleunigt    und an  schliessend umgeladen. Sie durchlaufen in um  geladenem Zustand als neutrale     Teilchen        ein     Gegenfeld, werden dann wieder zu positiven  Ionen umgeladen und abermals     beschleunigt.     Bei den bekannten Verfahren geschieht dies  mehrfach hintereinander. Dabei geht jedoch  die Intensität sehr stark zurück, da die     Um-          ladungder        positiven    Ionen zu neutralen Teil  chen bei hohen     Spannungen    nur mit einer  sehr kleinen Ausbeute vor sich geht.

   Diese  beträgt nämlich nur etwa 0,1 %. Die Um  ladung von     negativen    Ionen zu neutralen    Teilchen und anschliessende Umladung zu  positiven Ionen geht mit bedeutend     grösserer     Ausbeute vor     sich.     



       Unter        günstigen    Umständen     wird    das  Verhältnis der Zahl der     positiven    Ionen zur  Zahl der     negativen    Ionen immer grösser, so  dass bei genügend hohen     Spannungen    der       grösste    Teil der     hineingeschossenen    Ionen die       Umladungsvorrichtung    als positive Ionen ver  lässt.  



  Bei der Einrichtung nach der Erfindung  werden deshalb aus einer     Ionenquelle    stam  mende     negative    Ionen durch ein elektrisches  Feld auf sehr hohe     Geschwindigkeiten    ge  bracht und dann zu     positiven    Ionen umgela  den und als solche abermals durch ein elek  trisches Feld     beschleunigt    und der Auffang  vorrichtung zugeführt.

       Diese        Beschleunigung     der     positiven    Ionen ist gerade so     gross    wie  die     Beschleunigung    der     negativen    Ionen  durch das     zwischen    der     Ionenquelle    und der       Hochapannungselektrode        herrschende    Feld,

        falls in beiden Fällen der     Potentialunter-          schied    gleich gross     ist.    Bei der     praktischen     Ausführung wird es im allgemeinen     zweek-          mässig    sein, die     Ionenquelle    und die     Auffang-          vorrie.htung    auf gleiches     Potential    zu brin  gen und diese beiden Teile zu erden, die ge  genüber diesen Teilen positiv geladene Hoch  spannungselektrode     jedoch    in das     geerdete     Entladungsgefäss isoliert     einzuführen.     



  Als Quelle negativer Ionen kann ein Ka  nalstrahlrohr verwendet werden,     bei    dein die  negativen Ionen durch Umladung aus den       Kanalstra.hlteilchen    erzeugt werden. Zu dem  Zweck wird zweckmässig der Strahl positiver  Ionen auf eine vorzugsweise aus Metall be  stehende     Elektrodo    gerichtet, an der durch  Wandumlagen die Zahl der negativen Ionen  und der     Neutralteilchen    wesentlich erhöht  wird.  



  Wandumlagen von positiven Ionen in       Neutralteilchen    sind schon beobachtet wor  den.     Versuehe    haben jedoch gezeigt, dass auch  negative Ionen nicht nur im Gasraum son  dern     auch    an einer Wand gebildet werden.

    Der     physikalische    Vorgang dieser Bildung  negativer Ionen ist noch nicht völlig geklärt;  es scheinen sich     dabei    aus     positiven    Ionen     so-          wohl    direkt durch Umladung negative Ionen  zu bilden als auch zunächst     Neutralteilchen     zu entstehen, die erst. durch eine     weitere     Umladung     in    negative Ionen übergehen.  



  Die     Abb.    1 gibt in zum Teil     seliema-          tischer    Darstellung ein     Ausführungsbeispiel     der Erfindung wieder. Auf der linken     Seite     ist als     Ionenquelle    ein     Kanalstrahlrohr        dar-          gestellt.    Die     positiven    und neutralen Teil  chen des     Kanalstrahlbündels    1 treffen auf die  Wandung 3 der Bohrung der Elektrode 2.  Die Bohrung wird als im     Verhältnis    zur Ein  trittsöffnung langer Kanal ausgebildet, der  sich in der Bewegungsrichtung der positiven  Ionen konisch erweitert.

   Damit ein möglichst  grosser Teil der Ionen streifend an der Wand  der Elektrode 2 reflektiert wird, empfiehlt es  sich, den     Konusöffnungswinkel    kleiner zu  machen als den durch die     Elektrodenform          bedingten        Divergenzwinkel    des Strahls.         Abb.    2     zeigt    eine     geometrisch    ähnliche       Wiedergabe    einer     besonders    geeigneten Form  der     konischen    Öffnung der Elektrode 2.  



  Es zeigte sich, dass an reinen und aus  gebeizten Oberflächen die Umladung posi  tiver Ionen zu negativen Ionen nur verhält  nismässig schlecht erfolgt. Zweckmässig wer  den deshalb zur Erzielung     grösserer        Ausbeute     zum mindesten die von den     positiven    Ionen  getroffenen Teile der Wandung durch     vor-          bei6trömeiides    Gas mit     diesen    beladen.  



  Um die Umladungsmöglichkeiten der ge  bildeten negativen Ionen durch weiteres Um  herlaufen im Kanal zu vermindern, wird  durch ein ausserhalb der Kathode     angelegtes          elektrisches    Feld dafür     gesorgt,    dass die ge  bildeten negativen Ionen möglichst schnell  aus dem Kanal gezogen     wenden.        Unter    Um  ständen bietet es Vorteile, den Kanal zu die  sem Zweck an     seiner        Ausgangsseite        beeon-          ders    stark zu     erweitern,    damit das angelegte  Feld möglichst weit in das Innere des Ka  nals hineingreift.

   Die positiven Ionen werden  durch das Feld an ihrem Austritt     gehindert.     Sie     werden    in den Kanal     zurückgetrieben,    so  dass sie erneut die Möglichkeit haben, um  geladen zu werden.     Durch        entsprechende     Ausbildung der Gegenelektrode 6     kann    das  Hineingreifen des elektrischen Feldes in die  Kanalöffnung ebenfalls begünstigt werden.  



  Die Umladung der negativen Ionen in po  sitive Ionen erfolgt entweder in einem Raum  höheren Druckes oder durch     vorzugsweise          streifenden    Aufprall auf eine Oberfläche oder  durch den Durchtritt durch eine Folie.  



  Bei der Anordnung     nach        Abb.    1 werden  nun die aus der     Ionenquelle        stammenden    ne  gativen Ionen in einem Strahl 4     durch    das  zwischen der     Austrittsöffnung    3 und der po  sitiv geladenen     Hochspannungselektrode    6 be  stehende Feld beschleunigt.

   Die Ionen durch  fliessen den Kanal 7 dieser Elektrode, in den  durch die rohrförmige     Zuleitung    8 dauernd       Cras    eingeführt wird, so dass der Druck im  Kanal 7 höher ist als im     Übrigen    Raum 5  des     Apparates,    da mit der bei 12     angeschlos-          senen    Pumpe dafür Sorge getragen wird, dass  in     diesem    Raum     stets    ein möglichst niedriger           Druck        herrscht.    Im Kanal 7 der Hochspan  nungselektrode werden die     negativen    Ionen  zu positiven Ionen umgeladen und durch das  zwischen ,

  der     Elektrode    6 und der Auffang  elektrode 9- herrschende Feld abermals be  schleunigt, so     dass    sie mit sehr     grosser    Ge  schwindigkeit in der Auffangvorrichtung 10  auf die zu bestrahlende Substanz treffen,  z. B. zur     Durchführung    von     Kernreaktionen.     



       Die    Anordnung zeichnet sich     durch    einen  besonders einfachen Aufbau aus, da nur ein  einziger Isolator für sehr hohe     Spannung    er  forderlich     ist.    Die zur     Regelung        des-        Gas-          druckes    erforderlichen     Einrichtungen    können  auch auf     diesem        Isolator    angebracht     werden,     während die     Ionenquelle    und der     Auffänger,

       sowie das Gefäss geerdet werden     können.    Die       Geschwindigkeit    der auftreffenden Ionen     ist     zudem bei gleicher     Betriebsspannungdoppelt     so gross wie ohne     Benutzung    der Umladung.  



       Abb.    3 zeigt als weiteres     Ausführungs-          beispi,el    eine Einrichtung zur Umladung, die  an Stelle der     Hochspannungselektrode    6 zu  verwenden ist. An .dem     Elektrodenhalter    17       ist    die ringförmige Elektrode 12     angebracht,     die in der Mitte eine Folie 13 trägt, die von  den negativen Ionen     .getroffen    wird.

   Beim  Durchtritt durch diese Folie werden ,die  Ionen in     positive    Ionen umgeladen und dann  gerade so wie bei dem     ersten        Ausführungs-          beispiel    als     solche        abermals        beschleunigt.     



  Die     Abb.    4 und 5     zeigen    zwei verschie  dene     Ausführungsformen    einer zur Umla  dung durch streifenden Aufprallgeeigneten       Hochspannungselektrode.    Die     ringförmigen     Körper 14     und    15 sind     so    geformt, dass eine  möglichst vollkommene Umladung der     eintre-          tenden        negativen    Ionen in positive Ionen       eintritt.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Einrichtung zur Erzeugung eines .intensi ven ,Strahls positiver Ionen von hoher Ge schwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Ionenquelle stammende negative Ionen durch ein elektrisches Feld auf sehr hohe Geschwindigkeit besühleunigt,

   an schliessend zu positiven Ionen umgeladen und als solche durch ein elektrisches Feld zu noch höheren Geschwindigkeiten beschleu- nigt und der Auffangvorrichtung zugeführt werden.

   UNTERANSPRüCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, ,da durch gekennzeichnet, dass die Quelle negativer Ionen und die Auffang#-vorrich- tung .geerdet sind und die zur Umla- dung der negativen Ionen in positive Ionen dienende Elektrode ein hohes <RTI

   ID="0003.0089"> po- sitives Potential gegenüber diesen beiden geerdeten Elektroden aufweist. 2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da- dureh.gekennzeichnet, dass als Quelle ne gativer Ionen ein ganalotrahlrohr ver wendet wird, bei dem die negativen Ionen ,

   durch Umladung aus den KanaIstrahl- teilchen erzeugt werden. 3. Einrichtung nach Unteranspruch 2, da .durch gekennzeichnet, dass zum Zweck der Umladung der Kana1strahlteilchen - diese auf eine .geerdete Elektrode :gerich- tet werden, an der durch Wancluml,adun- gen die Zahl der negativen Ionen und der Neutralteilchen wesentlich erhöht wird.

   4. Einrichtung nach Unteranspruch '2, @da- ,durch gekennzeichnet, dass -die von den Kanalstrahlteilchen getroffene Wand zur Erleichterung der Umwandlung der auf treffenden ganalstrahlteilchen in nega tive Ionen mit,Gas beladen wird. 5.

   Einrichtung nach Unteransprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Kanalstrahlteilchen getroffene Ober fläche die Wand eines Kanals bildet, dessen Länge im Verhältnis zur Ein- trittsöffnung gross ist.

   6. Einrichtung nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass der Kanal sich in Richtung der Bewegung der eintreten- .den positiven Ionen konisch erweitert. 7.

   Einrichtung nach Unteranspruch 6, da durch gekennzeichnet, dass .der Konusöff- nungswinkel kleiner iat als der Diver- ,genzwinkel des eintretenden ,Strahls, po- sitiver Ionen.

   B. Einrichtung nach Unteranspruch 7, da durch gekennzeichnet, dass zum Entfer nen der gebildeten negativen Ionen und zum Zurückwerfen der gebildeten positi ven Ionen an der Austrittsseite des Strahls ein die negativen Ionen heschleu- nigendes Feld vorgesehen ist. 9.

   Einrichtung nach Unteranspruch 8, da durch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Wirkung des elektrischen Feldes die Öffnung des Kanals an der Austritts- seite so stark erweitert ist, d < z.ss das Be schleunigungsfeld tief in den Kanal ein greifen kann. 10. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Umladung der negativen Ionen zu positiven Ionen in einem Raum höheren Druckes erfolgt. 11.

   Einrichtung nach Unteranspruch 1. da durch gekennzeichnet, dass die Zuleitung der positiven Elektrode mit einer zur Gaszufuhr dienenden Bohrung versehen ist. 12.

   Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Umladung der negativen Ionen zu positiven Ionen durch streifenden Aufprall auf die posi tive Elektrode erfolgt. 13. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Umladung der negativen Ionen zu positiven Ionen durch Durchtritt einer Folie erfolgt.