DE10051986A1

DE10051986A1 - Hollow cathode for use in a gas discharge process for ion stripping

Info

Publication number: DE10051986A1
Application number: DE2000151986
Authority: DE
Inventors: Juergen Kolb; Eduard Dewald; Dieter Hoffmann
Original assignee: GSI Gesellschaft fuer Schwerionenforschung mbH
Current assignee: GSI Gesellschaft fuer Schwerionenforschung mbH
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2002-05-16

Abstract

Gas is introduced through a hole (1) in a hollow cathode and is either pumped through one outlet (4) or sucked through others (5,6). A pressure drop occurs over the intermediate electrodes (7). A gas discharge is established and ionization occurs that results in ion stripping.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strippen von Ionen in einer Umladestrecke durch ein Gasentladungsplasma darin und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for stripping ions in a transhipment route through a gas discharge plasma therein and a device for performing the method.

Die Bestrahlung von Materie mit schweren Ionen ist neben dem rein wissenschaftlichen Interesse von wachsender Bedeutung in verschiedenen technischen und medizinischen Anwendungen. So lassen sich durch die Implantation schwerer Ionen in Festkör pern z. B. Materialeigenschaften von Werkstoffen gezielt verän dern. In der Medizin werden Ionenstrahlen inzwischen sehr er folgreich zur Bekämpfung von Tumoren eingesetzt, die mit ande ren Methoden bislang nicht behandelt werden konnten.The irradiation of matter with heavy ions is next to that purely scientific interest of growing importance in various technical and medical applications. So can be by implanting heavy ions in solids pern z. B. Change material properties of materials in a targeted manner countries. In medicine, ion beams are now becoming very common used successfully to fight tumors, which with other other methods have not yet been covered.

Strahlen schwerer Ionen werden darüber hinaus auch als aus sichtsreiche Treiber für die Fusion nach dem Prinzip des Träg heitseinschlusses diskutiert. Alle und insbesondere letztge nannte Anwendung fordern die Verfügbarkeit intensiver und energiereicher Ionenstrahlen.Beams of heavy ions are also considered to be from Visible drivers for the fusion on the principle of the carrier inclusion discussed. All and especially the last named application require the availability more intensive and high energy ion beams.

Welche Energien Ionen erreichen können, hängt neben der zu ih rer Beschleunigung verwendeten Methode (Linearabeschleuniger, Synchrotron, usw.) vor allem von ihrer Ladung ab. Bei gleicher Masse können höher geladene Ionen mit einem geringeren Aufwand die gleiche Geschwindigkeit erlangen. Bisher stehen noch keine Ionenquellen zur Verfügung, die hohe Ladungszustände mit der gewünschten Intensität schon am Anfang der Beschleuniger strahlführung zur Verfügung stellen könnten.Which energies ions can reach depends on that of them acceleration method used (linear accelerator, Synchrotron, etc.) mainly depending on their charge. At the same Mass can charge more charged ions with less effort get the same speed. So far there are none Ion sources are available that have high charge states with the desired intensity right at the beginning of the accelerator could provide beam guidance.

Zur Erzeugung intensiver energiereicher Tonenstrahlen muß der Ladungszustand der aus den Ionenquellen extrahierten Ionen da her in Umladestrecken weiter erhöht werden. Aus der Verteilung der verschiedenen, bei diesem Prozess - dem sogenannten "Strip pen" - gewonnenen Ladungszustände muß einer für die Beschleunigung ausgewählt werden. Die beim Umladen gewonnene Ausbeute im gewünschten Ladungszustand bestimmt die Anzahl der zur Verfü gung stehenden Ionen und somit die Intensität des Strahls. Der Einsatz von auch als "Strippertargets" bezeichneten Umlade strecken, die effizient hochgeladene Ionen zur Verfügung stel len, ist folglich für viele Anwendungen unabdingbar.To generate intense energy-rich tonal rays, the State of charge of the ions extracted from the ion sources forth be further increased in transhipment routes. From the distribution the different, in this process - the so-called "strip Pen "- obtained charge states must be used for acceleration to be selected. The yield obtained during reloading in desired charge state determines the number of available ion and thus the intensity of the beam. The Use of reloading, also known as "stripper targets" stretches that provide efficiently charged ions len is therefore essential for many applications.

Gegenwärtig finden als Strippertargets ausschließlich Folien oder Gasstrecken Verwendung. Die mit Folien gewonnenen Ausbeu ten an hochgeladenen Ionen sind relativ groß. Jedoch sind sie den heutzutage geforderten Strahlintensitäten meist nicht mehr gewachsen und werden im Betrieb schnell zerstört. Gasstrecken halten zwar großen Bestrahlungsstärken stand, allerdings lie gen die damit erreichten Ladungszustände meist deutlich nied riger als für den Festkörper.Currently, only stripes are found as stripper targets or gas lines use. The Ausbeu gained with foils uploaded ions are relatively large. However, they are mostly no longer meet the beam intensities required today grown and are quickly destroyed in operation. gas lines withstand high levels of irradiation, but lie The charge states thus achieved are usually significantly low riger than for the solid.

Verantwortlich für das Abstreifen weiterer Elektronen aus der Hülle der in die Umladestrecke eingeschossenen Ionen sind Cou lombstöße mit den Atomen des durchflogenen Mediums. Mit diesem Mechanismus konkurrierend, begrenzen Stöße, bei denen wieder Elektronen eingefangen werden können, den erreichbaren La dungszustand. Eine große Rolle dabei spielt vor allem der Ein fang von in den Atomen des Strippertargets gebundenen Elektro nen.Responsible for stripping more electrons from the The shell of the ions injected into the transhipment line is Cou Lombus hits with the atoms of the medium flown through. With this Mechanism competing, limit impacts where again Electrons can be captured, the achievable La charge state. One plays a major role in this catch electro bound in the atoms of the stripper target NEN.

Dagegen sollte sich in Abwesenheit gebundener Elektronen in der Umladestrecke, also z. B. für ein vollständig ionisiertes Plasma anstelle eines Gases, eine Verteilung der Ladungszu stände einstellen, die deutlich gegenüber den in nicht ioni sierter Materie zu erreichenden Ausbeuten zu höheren Ionenla dungen Verschoben ist. Diese Überlegungen führten schließlich Anfang der neunziger Jahre zu dem Vorschlag, Plasmen als Strippertargets in Beschleunigeranlagen einzusetzen [1]. In contrast, in the absence of bound electrons the transhipment route, e.g. B. for a fully ionized Plasma instead of a gas, a distribution of charge set levels that are clearly compared to those in non ioni yields to be achieved to higher ion levels is moved. These considerations ultimately led Early nineties on the proposal to consider plasmas Use stripper targets in accelerator systems [1].

Die Erzeugung vollständig ionisierter Plasmen ist eine an spruchsvolle Aufgabe.The generation of fully ionized plasmas is one of them demanding task.

Der technische Aufwand wächst mit der Ordnungszahl des Ele ments, welches zu ionisieren ist. Während Wasserstoff noch in Gasentladungsplasmen bei hohem Energieeintrag vollständig zu ionisieren ist, werden zur vollständigen Ionisation von Koh lenstoffatomen schon leistungsstarke Laser eingesetzt. Darüber hinaus ist es grundsätzlich nicht möglich, die Vollionisation über das gesamte vom Plasma eingenommene Raumgebiet aufrecht zu erhalten. Vor allem an den Rändern, an denen das Plasma un vermeidlich an die Wände des Entladegefäßes oder das Vakuum grenzt, ist ein unter Umständen beträchtlicher Anteil nur teilweise oder nicht ionisierter Materie auf der Flugstrecke der eingeschossenen Ionen unvermeidlich.The technical effort increases with the atomic number of the Ele which is to be ionized. While hydrogen is still in Gas discharge plasmas completely with high energy input is ionize, for the complete ionization of Koh high-power lasers have already been used. About that In addition, it is fundamentally not possible to use full ionization upright over the entire area occupied by the plasma to obtain. Especially at the edges where the plasma un avoidable to the walls of the discharge vessel or the vacuum is a possibly considerable proportion only partially or non-ionized matter on the flight route of the injected ions inevitable.

Erschwert wird der Einsatz von Plasmen als Strippertargets auch durch den Umstand, daß im Plasma mitunter einige Mikrose kunden vergehen können bis sich eine charakteristische Gleich gewichtsverteilung der Ladungszustände für den Ionenstrahl einstellt. Andererseits beträgt die Zeit dafür in nicht ioni sierter Materie meist nur wenige Nanosekunden. Oft können die Ionen die Randgebiete des Plasmas nicht schnell genug durch queren, und so geht die im Plasma gewonnene Ladungszustands verteilung hier wieder verloren.The use of plasmas as stripper targets is made more difficult also due to the fact that in the plasma there are sometimes a few micros Customers can pass up a characteristic equal weight distribution of the charge states for the ion beam established. On the other hand, the time for this is in non ioni matter is usually only a few nanoseconds. Often they can Do not ionize the peripheral areas of the plasma quickly enough cross, and so goes the state of charge obtained in the plasma distribution lost here again.

Grundsätzlich sind beim Einsatz von Plasmen als Umladestrecken also die Fragen zu beantworten, wie zum einen die vollständige Ionisation des Strippertargets zumindest auf dem Weg der ein geschossenen Ionen zu gewährleisten ist, und wie der Einfluss der unvermeidlichen Randschichten des Plasmas auf die Entwick lung der Ladungszustände ausgeschlossen oder zumindest unter drückt werden kann. Basically, when using plasmas as transhipment routes So answering the questions, such as the complete one Ionization of the stripper target at least on the way of a to ensure shot ions, and how the influence the inevitable boundary layers of the plasma on the developments charge states excluded or at least below can be pressed.

Die offenstehenden Fragen werden durch die im Anspruch 1 auf geführten Verfahrensschritte, die an einer Vorrichtung gemäß Anspruch 4 durchgeführt werden, gelöst.The open questions are answered by the in claim 1 Process steps performed on a device according Claim 4 are carried out.

In den Unteransprüchen 2 und 3 sind den Vorgang zusätzlich un terstützende Verfahrensschritte beschrieben.In subclaims 2 and 3, the process is also un supporting process steps described.

In den Unteransprüchen 5 bis 8 sind bauliche Maßnahmen aufge führt, die sich von Fall zu Fall als vorteilhaft herausge stellt haben. In den folgenden Unteransprüchen 9 und 10 wird einerseits die Gaseinlaßstelle und werden andererseits lei stungsfähige Pumpen spezifiziert.Structural measures are specified in subclaims 5 to 8 leads, which turns out to be advantageous from case to case have put. In the following subclaims 9 and 10 on the one hand the gas inlet point and on the other hand lei sustainable pumps specified.

Bei der bestimmten Klasse von Niederdruckgasentladungen, den sogenannten Hohlkathodenentladungen, wird zusammen mit dem Aufbau des Entladungsplasmas ein intensiver Elektronenstrahl erzeugt und durch eine Öffnung in der Anode emittiert. Durch diesen Elektronenstrahl ist es möglich, für kurze Zeit die für die Entladung verwendeten Arbeitsgase entlang der Flugstrecke der eingeschossenen Ionen vollständig zu ionisieren. Der grundlegende Mechanismus ist wiederum die Ionisation durch Coulombstöße zwischen den Teilchen. Da die Elektronen die Io nen zudem aus dem Plasma begleiten, finden die aus dem Plasma austretenden hochgeladenen Ionen auch an den Rändern der Plas masäule keine gebundenen Elektronen mehr vor, die sie ein fangen könnten.In the particular class of low pressure gas discharges, the so-called hollow cathode discharges, together with the Structure of the discharge plasma an intense electron beam generated and emitted through an opening in the anode. By this electron beam it is possible for a short time the for the discharge used working gases along the flight route to completely ionize the injected ions. The the basic mechanism is again ionization by Coulomb collisions between the particles. Since the electrons are the Io accompanying from the plasma, they find from the plasma escaping uploaded ions also on the edges of the plas no longer have bound electrons in front of them could catch.

Durch den Einsatz von Hohlkathodenentladungen als Strippertar gets gelingt es damit die für Plasmen erwarteten überragenden Eigenschaften beim Umladen von Ionen tatsächlich zu nutzen. Darüber hinaus kommt es natürlich auch zu einer Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und den in die Umladestrecke eingeschossenen Ionen. Die in der Hohlkathodenentladung er zeugten Elektronen können so selbst erheblich zur Ionisation dieser Ionen beitragen. By using hollow cathode discharges as a stripper tar gets it succeeds the outstanding ones expected for plasmas To actually use properties when transferring ions. In addition, there is of course an interaction between the electron beam and the one in the transfer area injected ions. He in the hollow cathode discharge generated electrons can thus considerably ionize themselves of these ions contribute.

Maßgeblich für die Ionisation durch die Elektronen ist die im Elektronenstrahl erreichte Stromdichte und ihre Wechselwir kungszeit mit den Ionen. Neben dem Produkt aus diesen beiden Größen ist außerdem die Energie der Elektronen entscheidend. Bereits bei Elektronenenergien von einigen Kiloelektronenvolt und einem Produkt von Stromdichte und Zeit von etwa 10^-3A.sec/cm² ist es möglich, leichte Elemente, insbesondere Was serstoff, vollständig zu ionisieren. Es empfiehlt sich daher, die Entladung vor allem in leichten Arbeitsgasen zu zünden. Für eine effiziente Ionisierung schwerer Elemente reichen die mit den hier beschriebenen Entladungen zu erreichenden Elek tronenstromdichten allerdings nicht aus.Decisive for the ionization by the electrons is the current density achieved in the electron beam and its interaction time with the ions. In addition to the product of these two quantities, the energy of the electrons is also crucial. Already with electron energies of a few kiloelectron volts and a product of current density and time of about 10 ^-3 A.sec / cm ² , it is possible to completely ionize light elements, especially hydrogen. It is therefore advisable to ignite the discharge especially in light working gases. However, the electron current densities to be achieved with the discharges described here are not sufficient for efficient ionization of heavy elements.

Nach seinem Austritt aus dem Entladezwischenraum vermag der Elektronenstrahl nur über eine Länge von einigen Zentimetern, das Umladegas bzw. teilionisierte Plasma wirksam zu ionisie ren. Auf dieser Strecke bläht er sich merklich auf und die Stromdichte reduziert sich entsprechend. Deshalb muss der Gas anfall aus dem Entladegefäß noch auf der Länge, die dem Elek tronenstrahl zur Ionisation zur Verfügung steht, deutlich re duziert werden. Dazu kann bereits der Aufbau des Strippertar gets selbst beitragen. Zusätzlich sollte ein leistungsfähiges Pumpsystem (Turbomolekularpumpe) unmittelbar hinter der Umla destrecke für das nötige Vakuum sorgen.After leaving the unloading space, the Electron beam only over a length of a few centimeters, the charge gas or partially ionized plasma to ionize effectively Ren. On this stretch he inflates noticeably and the Current density is reduced accordingly. Therefore the gas accumulation from the discharge vessel still on the length that the elec electron beam is available for ionization, clearly right be reduced. The construction of the Strippertar can do this gets to contribute themselves. In addition, a powerful one Pump system (turbomolecular pump) immediately behind the umla the distance to provide the necessary vacuum.

Für den Einsatz in Umladestrecken sind besonders die Pseudo funkenentladung, die sogenannte Hohlkathodenentladung in offe ner Geometrie, und der Kanalfunke von Bedeutung [2]. Die ent sprechenden Ausführungsbeispiele werden in diesem Abschnitt näher erläutert.The pseudo are particularly suitable for use in transhipment routes spark discharge, the so-called hollow cathode discharge in open ner geometry, and the channel spark of importance [2]. The ent talking examples are in this section explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 den Querschnitt eines als Pseudofunkenentladung ange legten Strippertargets, Fig. 1 is the cross-section of a as a pseudo spark discharge laid stripper target,

Fig. 2 das Pumpschema und die elektrische Beschaltung einer im Selbstdurchbruch betriebenen Pseudofunkenentladung. Im Schema wurde das Strippertarget nicht maßstabsgetreu, nur in den we sentlichen Teilen wiedergegeben. Fig. 2 shows the pumping scheme and the electrical circuitry of a pseudo spark discharge operated in self-breakthrough. In the diagram, the stripper target was not drawn to scale, only in the essential parts.

Fig. 3 die elektrische Beschaltung einer mit negativer gepulst anliegender Hochspannung betriebenen Pseudofunkenentladung. Im Schema wurde das Strippertarget nicht maßstabsgetreu, nur in den wesentlichen Teilen wiedergegeben. Fig. 3 shows the electrical wiring of a pseudo-spark discharge operated with negative pulsed high voltage. In the diagram, the stripper target was not drawn to scale, only in the essential parts.

Fig. 4 zeigt den Querschnitt eines Strippertargets in der Aus führung einer Hohlkathodenentladung in offener Geometrie. Dar über hinaus wird die optionale Verwendung einer Vorionisierung gezeigt. Fig. 4 shows the cross section of a stripper target in the implementation of a hollow cathode discharge in open geometry. The optional use of pre-ionization is also shown.

Fig. 5 zeigt den Querschnitt eines als Kanalfunken angelegten Strippertargets. Fig. 5 shows the cross section of an applied channel as a spark stripper targets.

Über die Öffnung 1 wird ein Gas eingelassen, das entweder di rekt über die Bohrung 4 ausströmt und abgepumpt wird, oder durch die Bohrungen 5 und 6 abgesaugt wird. Durch die Wahl des Gaseinlasses 1 in der Hohlkathode 2 ist ein Druckabfall über die Zwischenelektroden 7a bis 7e bis hinter die Anode 3 um etwa zwei Größenordnungen gewährleistet. Neben der Anzahl der Zwischenelektroden begrenzt vor allem der Querschnitt des Durchlasses in den Elektroden und das Volumen des Zwischen raums zwischen ihnen den Leitwert der Anordnung. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführung beträgt der Durchmesser der Bohrungen durchweg 3 mm, genauso wie der Abstand der Elektro den zueinander. Der Innendurchmesser der Zwischenräume, wie auch der Hohlkathode, wurde auf 25 mm festgesetzt. Bei einem Einlaßdruck zwischen 50 Pa und 300 Pa sinkt der Druck bis hin ter die Anode auf etwa 1 Pa, wenn an dieser Stelle eine Turbo molekularpumpe mit einer Saugleistung von etwa 800 l/min bis 1000 l/min verwendet wird. Dem Druck hinter der Anode ent spricht eine mittlere freie Weglänge der Gasteilchen von 6,3 mm. Dadurch ist es bereits sehr unwahrscheinlich, daß die Io nen, die das Strippertarget durchqueren und durch die Öffnung 6 verlassen, noch auf Stoßpartner treffen, denen sie Elektro nen abnehmen können. Mit kleineren Bohrungen oder einer größe ren Anzahl von Zwischenelektroden kann der Leitwert weiter ge senkt werden. Damit wird aber auch für den Ionenstrahl die Transmission durch die Anordnung schlechter. Durch die Opti mierung des Pumpsystems könnte der Druck hinter der Anode und damit die Rekombinationswahrscheinlichkeit mit gebundenen Elektronen weiter reduziert werden. So ist etwa der Einsatz kurzer differentieller Pumpstrecken an dieser Stelle denkbar.A gas is let in through the opening 1 , which either flows out and is pumped di rectly through the hole 4 , or is sucked off through the holes 5 and 6 . The choice of the gas inlet 1 in the hollow cathode 2 ensures a pressure drop of approximately two orders of magnitude via the intermediate electrodes 7 a to 7 e to behind the anode 3 . In addition to the number of intermediate electrodes, the cross-section of the passage in the electrodes and the volume of the space between them limit the conductance of the arrangement. In the embodiment shown in Fig. 1, the diameter of the bores is consistently 3 mm, as is the distance between the electrodes. The inner diameter of the spaces, as well as the hollow cathode, was set at 25 mm. At an inlet pressure between 50 Pa and 300 Pa, the pressure down to the anode drops to approximately 1 Pa if a turbo molecular pump with a suction capacity of approximately 800 l / min to 1000 l / min is used at this point. The pressure behind the anode corresponds to an average free path length of the gas particles of 6.3 mm. As a result, it is already very unlikely that the ions that cross the stripper target and exit through the opening 6 will still encounter impact partners from which they can remove the electrons. The conductivity can be further reduced with smaller bores or a larger number of intermediate electrodes. However, this also makes the transmission worse for the ion beam due to the arrangement. By optimizing the pump system, the pressure behind the anode and thus the probability of recombination with bound electrons could be further reduced. For example, the use of short differential pump sections is conceivable at this point.

Der in die Hohlkathode führende Gaseinlass erlaubt es außer dem, einen Gasstripper mit einer Plasmastrecke zu kombinieren. Ionen, die durch die Öffnung 4 in die Hohlkathode 2 gelangen nehmen hier bei genügend langer Flugzeit im Gas bereits eine charakteristische Verteilung der Ladungszustände an. Diese Verteilung hängt ab vom Gasdruck und der Verweilzeit der Ionen im Gas, die wiederum von der Innenlänge der Hohlkathode be stimmt wird. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführung wurde u. a. aus diesem Grund eine Innenlänge von 50 mm gewählt.The gas inlet leading into the hollow cathode also allows a gas stripper to be combined with a plasma system. Ions that enter the hollow cathode 2 through the opening 4 already assume a characteristic distribution of the charge states in the gas if the flight time is long enough. This distribution depends on the gas pressure and the residence time of the ions in the gas, which in turn is determined by the inner length of the hollow cathode. For this reason, an inner length of 50 mm was chosen in the embodiment shown in FIG. 1.

Nur geringen Einfluss dagegen hat die Art des Füllgases [2]. Da sich der Gleichgewichtsladungszustand im Gas meist bereits für eine Wechselwirkungszeit von wenigen Nanosekunden ein stellt, können für den Gasdruck und die Innenlänge in der Re gel immer Werte gefunden werden, für die die eingeschossenen Ionen im Gleichgewichtsladungszustand die Hohlkathode durch die Öffnung 5 verlassen.In contrast, the type of fill gas has little influence [2]. Since the equilibrium charge state in the gas is usually already established for an interaction time of a few nanoseconds, values can always be found for the gas pressure and the inner length for which the injected ions leave the hollow cathode through the opening 5 in the equilibrium charge state.

Durch das Anlegen einer positiven Hochspannung von 10 kV bis 30 kV zwischen der Hohlkathode 2 und der Anode 3 kann in dem aus dem Durchlass 5 ausströmenden Gas ein Entladungsplasma gezündet werden. Die Zündspannung hängt dabei gemäß der Paschen- Kurve vom Produkt aus dem Druck im Entladegefäß und dem Ab stand zwischen Kathode und Anode ab. Die hier beschriebenen Niederdruckgasentladungen sind alle auf dem fallenden Ast der Paschen-Kurve angesiedelt. Die Zündung erfolgt nach dem Town send-Mechanismus. Dabei werden Entladeströme von einigen Am pere erreicht, und die anliegende Spannung nimmt um etwa 100 V ab. Die Townsendentladung spielt besonders beim Betrieb im Selbstdurchbruch, wie er etwa bei statisch anliegender Hoch spannung auftritt, eine große Rolle.By applying a positive high voltage of 10 kV to 30 kV between the hollow cathode 2 and the anode 3 , a discharge plasma can be ignited in the gas flowing out of the passage 5 . According to the Paschen curve, the ignition voltage depends on the product of the pressure in the discharge vessel and the distance from the cathode to the anode. The low-pressure gas discharges described here are all located on the falling branch of the Paschen curve. The ignition is based on the town send mechanism. Discharge currents of several amperes are reached, and the applied voltage decreases by about 100 V. Townsend discharge plays a particularly important role in self-breakthrough operation, such as occurs when high voltage is applied statically.

Eine entsprechende elektrische Beschaltung ist in Fig. 2 ge zeigt. Ein Kondensator 8 wird von einem Hochspannungsladegerät über einen Ladewiderstand 9 geladen, bis die Zündspannung er reicht wird. In diesem Augenblick bricht die Gasstrecke durch, und die im Kondensator 8 gespeicherte Energie wird im Plasma frei.A corresponding electrical circuit is shown in Fig. 2 ge. A capacitor 8 is charged by a high-voltage charger via a charging resistor 9 until the ignition voltage is sufficient. At this moment the gas path breaks through and the energy stored in the capacitor 8 is released in the plasma.

Alternativ kann eine Hochspannung, wie in Fig. 3 gezeigt, auch gepulst über einen schnellen Schalter, z. B. eine Fun kenstrecke 10, angelegt werden. Der Vorteil liegt dabei darin, daß so auch Spannungen angelegt werden können, die deutlich über der Zündspannung der Gasstrecke liegen, ohne daß diese vorher durchbricht.Alternatively, a high voltage, as shown in Fig. 3, can also be pulsed via a fast switch, e.g. B. a fun kenstrecke 10 , are created. The advantage here is that voltages can be applied that are significantly higher than the ignition voltage of the gas line without this breaking through beforehand.

Mit der zunehmenden Ionisation von Neutralgasatomen bildet sich eine von der Anode zur Kathode wandernde Plasmasäule aus. Erreicht die Plasmafront die Kathode, führt das zur Zündung einer Hohlkathodenentladung. Durch verschiedene Triggermecha nismen, z. B. Oberflächengleitfunkentrigger, kann erreicht werden, daß die Entladung unmittelbar mit der auf die Town sendentladung folgende Hohlkathodenentladung startet. Pendel elektronen und Photoemission sorgen in dieser Phase für eine sehr effektive Vermehrung von Ladungsträgern in der Hohlka thode. Während die Brennspannung schnell abfällt, steigt der Entladestrom mit Anstiegsraten von 10⁸-10¹¹ A/sec bis auf ei nige hundert Ampere an. Durch das anliegende hohe elektrische Feld treten sogenannte Runaway-Elektronen auf, die in einem intensiven Elektronenstrahl schließlich durch die Öffnung 6 aus der Anode austreten können.With the increasing ionization of neutral gas atoms, a plasma column migrates from the anode to the cathode. If the plasma front reaches the cathode, this leads to the ignition of a hollow cathode discharge. Through various trigger mechanisms, e.g. B. surface sliding spark trigger, can be achieved that the discharge starts immediately with the following on the Town discharge discharge hollow cathode discharge. In this phase, pendulum electrons and photoemission ensure a very effective increase of charge carriers in the hollow cathode. While the burning voltage drops quickly, the discharge current increases with rates of 10 ⁸ -10 ¹¹ A / sec up to a few hundred amperes. The applied high electric field causes so-called runaway electrons, which can finally exit the anode through the opening 6 in an intense electron beam.

Der Elektronenstrahl setzt sich aus zwei Anteilen zusammen: hochenergetische Elektronen mit nahezu einheitlicher Energie, die der anliegenden Hochspannung entspricht, werden in der An fangsphase emittiert [2]. Der polyenergetische Hauptbeitrag zum Elektronenstrom wird in der Hohlkathodenphase erzeugt. Für die sehr effektiven Mechanismen zur Vermehrung der Ladungsträ ger - Hohlkathodeneffekt, Pendelelektronen - ist die Geometrie der Hohlkathode verantwortlich.The electron beam is composed of two parts: high-energy electrons with almost uniform energy, that corresponds to the applied high voltage are shown in the An capture phase emitted [2]. The main polyenergetic contribution to the electron current is generated in the hollow cathode phase. For the very effective mechanisms for increasing the charge carriers eng - hollow cathode effect, pendulum electrons - is the geometry the hollow cathode.

Soll ein Elektronenstrahl hoher Leistungsdichte erzeugt wer den, ist ein Mehrelektrodensystem dem einfachen Aufbau aus Anode und Kathode überlegen. Die Zwischenelektroden besitzen kein definiertes Potential und sorgen so für die Fokussierung der Elektronen durch Linseneffekte. Außer durch die Anzahl und Gestaltung der Elektroden, sowie ihrem gegenseitigen Abstand, lassen sich die Intensität (Stromstärke bzw. -dichte) und die Dauer der Elektronenemission vor allem über den Fülldruck in der Gasstrecke und die elektrische Beschaltung, insbesondere die verwendete Kapazität und die anliegende Hochspannung, be einflussen [2].Should an electron beam with a high power density be generated , a multi-electrode system is of simple construction Consider anode and cathode. The intermediate electrodes have no defined potential and thus ensure focus of electrons through lens effects. Except for the number and Design of the electrodes and their mutual distance, the intensity (current or density) and the Duration of the electron emission mainly via the filling pressure in the gas route and the electrical wiring, in particular the capacity used and the applied high voltage, be influence [2].

Ionen, die durch die Öffnung 5 in die Hohlkathode eintreten werden durch verschiedene Stoßprozesse mit den freien Ladungs trägern des Plasmas und den Elektronen des Elektronenstrahls umgeladen. Der dominierende Prozeß auf Seiten der Ionisation sind Coulombstöße mit den Atomen bzw. Ionen des Füllgases. Ei nen weiteren Beitrag liefern Coulombstöße mit freien Elektro nen. Wegen ihrer sehr viel geringeren Masse erreichen die Elektronen in gewöhnlichen Plasmen bei gleicher thermischer Geschwindigkeit nicht die nötige Energie, um bereits hochgela dene Ionen noch weiter zu ionisieren. Das gilt nicht für den Elektronenstrahl, insbesondere die in der Anfangsphase erzeug ten Elektronen besitzen eine hohe, der angelegten Hochspannung entsprechenden Energie.Ions that enter through the opening 5 in the hollow cathode are reloaded by various collision processes with the free charge carriers of the plasma and the electrons of the electron beam. The dominant process on the ionization side is Coulomb collisions with the atoms or ions of the filling gas. Coulomb shocks with free electrons also make a contribution. Because of their much smaller mass, the electrons in ordinary plasmas do not reach the necessary energy at the same thermal speed to ionize already highly charged ions even further. This does not apply to the electron beam, especially the electrons generated in the initial phase have a high energy corresponding to the applied high voltage.

Mit den ionisierenden Stößen konkurrieren verschiedene Mecha nismen, durch die ein Ion wieder Elektronen einfangen kann. In Gasen oder nur teilweise ionisierten Plasmen ist dabei der Einfang gebundener Elektronen von überragender Bedeutung. Die Wirkungsquerschnitte für diesen Prozess liegen für beliebige Einschussenergien immer um mindestens zwei Größenordnungen über den Wirkungsquerschnitten des im Plasma außerdem zu be rücksichtigenden strahlenden Elektroneneinfangs und der dielektronischen Rekombination. Letztendlich verantwortlich für den Ladungszustand eines Ions, der sich beim Durchqueren eines Mediums einstellt, ist das Verhältnis von Ionisations- und Rekombinationsraten zueinander. Da es in vollständig ioni sierter Materie keine gebundenen Elektronen gibt, ist hier der Einfang gebundener Elektronen bedeutungslos.Different mechas compete with the ionizing impacts mechanisms by which an ion can capture electrons again. In Gases or only partially ionized plasmas is the Capture of bound electrons of paramount importance. The Cross sections for this process are for any Bullet energy always by at least two orders of magnitude about the cross sections of the plasma in addition to be taking into account the radiative electron capture and the dielectric recombination. Ultimately responsible for the state of charge of an ion that is in transit of a medium, the ratio of ionization and recombination rates to each other. Since it is in completely ioni matter is no bound electrons, here is the Capture of bound electrons meaningless.

Die totalen Ionisationsquerschnitte unterscheiden sich dagegen für Plasmen und nicht ionisierte Materie kaum [3]. In der Folge stellt sich für ein in ein vollständig ionisiertes Plasma eingeschossenes Ion ein unter Umständen deutlich höhe rer Gleichgewichtsladungszustand ein, als ihn das gleiche Ion in nicht ionisierter Materie erreichen könnte. Entsprechende theoretische Vorhersagen konnten bereits für unterschiedliche Plasmen bestätigt werden [4].The total ionization cross sections differ hardly for plasmas and non-ionized matter [3]. In the Sequence turns into a fully ionized Plasma injected ion may be significantly higher equilibrium state of charge than the same ion in non-ionized matter. Appropriate theoretical predictions could already be made for different Plasmas are confirmed [4].

Diese Experimente und ergänzend dazu durchgeführte Simulatio nen zeigten aber auch, daß der Ionisationsgrad des Mediums, in das ein Ion eindringt, von entscheidender Bedeutung für die Ladung ist, die es beim Durchqueren erreichen kann. Ein Anteil von einem Prozent nicht vollständig ionisierter Atome des Füllgases reduziert den möglichen Ladungszustand bereits ganz erheblich. Schon für ein Wasserstoffplasma, das nur zu 80% io nisiert wurde, ist kein wesentlicher Unterschied zur Ladungs zustandsverteilung festzustellen, wie sie sich in nicht ioni siertem Gas ergibt.These experiments and additional simulations performed NEN also showed that the degree of ionization of the medium, in that an ion penetrates, crucial for the Is charge that it can reach when crossing. A share of one percent of not fully ionized atoms of the Filling gas already completely reduces the possible state of charge considerably. Already for a hydrogen plasma that is only 80% OK was not significantly different from the cargo state distribution as found in non ioni gas results.

In der technischen Ausführung von Gasentladungsplasmen ist es allerdings nur mit beträchtlichem Aufwand, und auch dann nur für leichte Arbeitsgase, z. B. Wasserstoff, möglich, einen Io nisationsgrad von 100% zu erreichen. Zumindest an den Rändern der Plasmasäule läßt sich ein gewisser Anteil noch gebundener Elektronen nicht vermeiden. Im Plasma gewonnene hohe Ladungs zustände gehen letztendlich beim Durchqueren dieser Region wieder verloren.It is in the technical design of gas discharge plasmas but only with considerable effort, and only then for light working gases, e.g. B. hydrogen, possible an Io level of 100%. At least on the edges a certain proportion of the plasma column can be bound even more Don't avoid electrons. High charge obtained in plasma conditions ultimately go through this region lost again.

Ein intensiver Elektronenstrahl, wie er zusammen mit dem Auf bau der Plasmasäule in der beschriebenen Anordnung erzeugt und emittiert wird, ist in der Lage, in Coulombstößen die Ionen im Plasma und auch die Gasatome in den Randschichten kurzfristig wirksam zu ionisieren. Während dieser Zeit können die einge schossenen Ionen Ladungszustände nahe dem in Abwesenheit ge bundener Elektronen erreichbaren Limit einnehmen. In dem vom Elektronenstrahl durch die Randschichten gebildeten Kanal kön nen sie dann auch das Strippertarget verlassen. Durch den Elektronenstrahl ist es damit zum einen möglich, den in einem Plasma-Strippertarget nötigen hohen Ionisationsgrad zu errei chen und zum anderen den Einfluß der Randschichten zu unter drücken.An intense electron beam, like that with the Auf Construction of the plasma column generated in the arrangement described and is emitted, is able to collapse the ions in Plasma and also the gas atoms in the outer layers in the short term ionize effectively. During this time, the can shot ions charge states close to that in the absence bound electron reach the attainable limit. In the from Electron beam through the channel layers formed can then leave the stripper target. By the On the one hand, it is possible to use an electron beam, which in one Plasma stripper target necessary to achieve high degree of ionization and on the other hand the influence of the boundary layers to press.

Welche Elemente von einem Elektronenstrahl noch vollständig ionisiert werden können, hängt vor allem von der Energie der Elektronen und dem Produkt aus der Stromdichte des Elektronen strahls und der Dauer der Elektronenemission ab. Die Elektro nenenergie ist durch die angelegte Hochspannung vorgegeben und die Zeit, für die ein Elektronenstrahl emittiert wird, kann durch die verwendeten Kapazitäten variiert werden. Die Strom dichte wird in geringem Maß durch die Bohrungen in den Elek troden bestimmt. Der Durchmesser des Elektronenstrahls selbst ist meist deutlich geringer als durch den Querschnitt der Aperturen vorgegeben [2]. Bei Hochspannungen von 25 kV und ei ner externen Kapazität von 4,7 nF lassen sich für etwa 100 nsec Elektronenstrahlen erzeugen, mit denen Gase von Wasser stoff bis Stickstoff vollständig ionisiert werden können.Which elements of an electron beam are still complete can be ionized depends mainly on the energy of the Electrons and the product of the current density of the electrons beam and the duration of the electron emission. The electro nominal energy is determined by the high voltage applied and the time for which an electron beam is emitted can be varied by the capacities used. The stream density is to a small extent through the holes in the elec tread determined. The diameter of the electron beam itself is usually significantly less than the cross section of the Apertures specified [2]. At high voltages of 25 kV and egg An external capacitance of 4.7 nF can be used for about 100 nsec Generate electron beams with which gases from water until nitrogen can be completely ionized.

Auf einer Strecke von 1-3 cm weitet sich der Elektronen strahl nach dem Verlassen der Anode merklich auf und ist dann nicht mehr in der Lage, das Arbeitsgas wirksam zu ionisieren. Dieser Weg ist aber ausreichend, um zumindest die Randschich ten der Plasmasäule noch soweit zu ionisieren, daß Ionen, die die Entladung durchquert haben, auch hier keine gebundenen Elektronen mehr finden, die sie einfangen könnten. Innerhalb weniger Zentimeter hinter der Anode ist daher auch der Druck durch ein effizientes Pumpsystem soweit zu reduzieren, daß die Wahrscheinlichkeit der Ionen, noch einen Stoßpartner zu fin den, fast verschwindet. Zusätzlich wird allein durch den Auf bau des Strippertargets, wie oben beschrieben, bereits der Gasdruck hinter der Anode minimiert.The electron expands over a distance of 1-3 cm radiates noticeably after leaving the anode and is then no longer able to effectively ionize the working gas. However, this path is sufficient to at least the edge layer ionize the plasma column to such an extent that ions which have crossed the unloading, here also no bound Find more electrons that they could catch. Within The pressure is therefore a few centimeters behind the anode by an efficient pumping system so far that the Probability of the ions to find another collision partner that almost disappears. In addition, only through the Auf Construction of the stripper target, as described above, already Gas pressure behind the anode minimized.

Unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen bietet die in dieser Ausführung beschriebene Hohlkathodenentladung damit die Möglichkeit, solche Plasma-Strippertargets in die Strahlfüh rung eines Beschleunigers zu integrieren. Die Effizienz einer solchen Anordnung ist den bisher verwendeten Gasstrecken über legen.Taking these boundary conditions into account, the in this embodiment described hollow cathode discharge Possibility of such plasma stripper targets in the beam guide integration of an accelerator. The efficiency of a Such an arrangement is about the gas routes previously used lay.

Bei den bisher genannten Entladeparametern vermag der emit tierte Elektronenstrahl gerade noch Stickstoffatome vollstän dig zu ionisieren. Somit können aber auch allen in die Anord nung eingeschossenen leichteren Ionen, von Helium bis Stick stoff, allein durch den Elektronenstrahl äußerst wirksam noch verbliebene Elektronen der Hülle entrissen werden. Damit ist, auch ohne Berücksichtigung des von ihm im Füllgas gebildeten Plasmakanals, der Elektronenstrahl selbst ein sehr effizientes Medium zum Strippen der eingeschossenen Ionen. Um allerdings auch hochgeladene schwere Ionen zu erzeugen, muß die Elektro nenenergie, vor allem auch das Produkt aus Stromdichte und Emissionsdauer, erhöht werden. So ist es zumindest theoretisch möglich, selbst Uranatome mit einem Elektronenstrahl einer Energie von 2.10⁵ eV und einem Produkt aus Stromdichte und Wechselwirkungszeit von 2.10⁵ A.sec/cm² vollständig zu ionisie ren [2, 3].With the discharge parameters mentioned so far, the emitted electron beam can just completely ionize nitrogen atoms. Thus, however, all lighter ions injected into the arrangement, from helium to nitrogen, can be extremely effectively removed from the shell by the electron beam alone. Even without taking into account the plasma channel he forms in the filling gas, the electron beam itself is a very efficient medium for stripping the injected ions. However, in order to also generate highly charged heavy ions, the electrical energy, especially the product of current density and emission duration, must be increased. So it is at least theoretically possible to completely ionize even uranium atoms with an electron beam with an energy of 2.10 ⁵ eV and a product of current density and interaction time of 2.10 ⁵ A.sec / cm ² [2, 3].

Eine Möglichkeit, die Elektronenstrahlparameter zu optimieren, ist in dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wiederge geben. Alternativ zu der für den Betrieb mit einer gepulsten Hochspannung gezeigten Beschaltung kann die Anordnung, wie in Fig. 2 dargestellt, auch im Selbstdurchbruch betrieben wer den. Der wesentliche Unterschied zu der bisher beschriebenen Pseudofunkenentladung ist die sogenannte offene Hohlkathoden geometrie. Der eigentliche Entladungsraum ist von der Hohlka thode nicht durch eine planare, mit einer zentralen Bohrung versehenen, Elektrode getrennt. Ohne die Verwendung von Zwi schenelektroden, die auch hier zur Fokussierung des Elektro nenstrahls benutzt werden können, wäre die ganze Anordnung so mit bis hin zur Anode offen. Der Tubus der Hohlkathode selbst ist oft größer als die Abmessungen des Zwischenraums zwischen Kathode und Anode. Das hat zur Folge, daß nicht nur geomet risch der eigentliche Entladungsraum kaum mehr vom Hohlkatho denrückraum abzugrenzen ist.One possibility of optimizing the electron beam parameters is given in the exemplary embodiment shown in FIG. 4. As an alternative to the circuitry shown for operation with a pulsed high voltage, the arrangement, as shown in FIG. 2, can also be operated in self-breakthrough. The main difference to the pseudo spark discharge described so far is the so-called open hollow cathode geometry. The actual discharge space is not separated from the hollow cathode by a planar electrode with a central bore. Without the use of intermediate electrodes, which can also be used here to focus the electron beam, the whole arrangement would be open up to the anode. The tube of the hollow cathode itself is often larger than the dimensions of the space between the cathode and the anode. The result of this is that not only is the discharge space itself geometrically difficult to delimit the back space from the hollow cathode anymore.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied zu einer gewöhnlichen Pseudofunkenentladung ist die Vorionisierung des Füllgases bis hinein in die Hohlkathode durch eine zusätzliche Elektrode 11. Die im Vergleich zur Hauptentladung geringe Vorionisierungs spannung von 1-2 kV speist eine Glimmentladung, der über die Strombegrenzung des Netzgeräts allenfalls ein Strom von 2 mA zugestanden wird.Another essential difference from a normal pseudo-spark discharge is the pre-ionization of the filling gas right into the hollow cathode by an additional electrode 11 . The pre-ionization voltage of 1-2 kV, which is low compared to the main discharge, feeds a glow discharge, which is only allowed a current of 2 mA via the current limitation of the power supply.

Diese Vorionisierung hat zusammen mit dem gewählten Fülldruck großen Einfluss auf die Qualität des Elektronenstrahls [2]. Bei zu hohem oder zu niedrigem Vorionisierungsstrom wird die Ausbildung eines Elektronenstrahls verhindert. Mit geschickten Einstellungen läßt sich andererseits ein über lange Zeit sta biler Betrieb der Kammer zusammen mit sehr reproduzierbaren Elektronenströmen erzielen. Vermutlich hat die Vorionisierung auf die eigentliche Entladung einen ähnlich stabilisierenden Einfluss wie auf die Elektronenemission. Die Vorionisierung kann außer für die Entladung in offener Geometrie ebenfalls bei den in den Fig. 1 und 5 beschriebenen Ausführungsbei spielen zur Optimierung der Elektronenstrahlparameter verwen det werden.This pre-ionization, together with the chosen filling pressure, has a great influence on the quality of the electron beam [2]. If the pre-ionization current is too high or too low, the formation of an electron beam is prevented. With skillful settings, on the other hand, stable operation of the chamber over a long period of time can be achieved together with very reproducible electron currents. Presionization presumably has a similar stabilizing effect on the actual discharge as on the electron emission. The pre-ionization can also be used to optimize the electron beam parameters in addition to the discharge in open geometry in the exemplary embodiments described in FIGS . 1 and 5.

In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Hohlkathode aus einem Aluminiumzylinder, der bei einem Innen durchmesser von 35 mm eine Länge von 50 mm besitzt. Ungefähr genau so groß ist auch der Abstand zwischen Kathode und Anode. Zur Stabilisierung des Elektronenstrahls und der Plasmasäule sind unmittelbar vor der Anode außerdem Zwischenelektroden eingebracht. Durch Isolatoren werden diese auf einem Abstand von 3 mm gehalten. Alle Elektroden sind mit zentralen Boh rungen von 3 mm Durchmesser versehen. Die Elektronenstrahlpa rameter sind vergleichbar mit den in herkömmlichen Pseudofun kenkammern erreichten Werten. Sie können durch die äußere Be schaltung, vor allem aber über den Fülldruck und den Vorioni sierungsstrom beeinflusst werden.In the embodiment shown in Fig. 4, the hollow cathode consists of an aluminum cylinder which has a length of 50 mm with an inner diameter of 35 mm. The distance between the cathode and the anode is approximately the same. To stabilize the electron beam and the plasma column, intermediate electrodes are also introduced directly in front of the anode. These are kept at a distance of 3 mm by isolators. All electrodes are provided with central holes of 3 mm in diameter. The electron beam parameters are comparable to the values achieved in conventional pseudo-spark chambers. They can be influenced by the external circuitry, but above all by the filling pressure and the pre-ionization current.

In den letzten Jahren gelang es, maximale Strahlströme von 50 A bis zu 1000 A zu erreichen [2]. Die Länge der Strompulses variiert dabei zwischen 100 ns und 500 ns. Durch eine hohe ex terne Kapazität im elektrischen Kreis kann die Strahldauer verlängert werden. Dies hat aber auf die maximal erreichbare Stromstärke kaum einen Einfluss.In recent years, maximum beam currents of 50 A have been achieved reach up to 1000 A [2]. The length of the current pulse varies between 100 ns and 500 ns. Due to a high ex ternal capacity in the electrical circuit can increase the radiation duration be extended. However, this has the maximum achievable Current hardly has any influence.

Eine weitere als Strippertarget geeignete Ausführung einer Hohlkathodenentladung, die ebenfalls mit der Erzeugung und Emission eines intensiven hochenergetischen Elektronenstrahls einhergeht, ist der Kanalfunke, für den ein Ausführungsbei spiel in Fig. 5 gezeigt wird. Die elektrische Beschaltung und das Pumpsystem entsprechen den in den Fig. 2 und 3 bzw. 4 dargestellten Ausführungen.A further embodiment of a hollow cathode discharge which is suitable as a stripper target and also involves the generation and emission of an intensive high-energy electron beam is the channel spark, for which an exemplary embodiment is shown in FIG. 5. The electrical wiring and the pump system correspond to the designs shown in FIGS. 2 and 3 and 4, respectively.

Im Vergleich zu den anderen beiden beschriebenen Entladegeo metrien entfallen die Zwischenelektroden. Als Entladegefäß selbst dient eine Kapillare 12 mit einem Innendurchmesser von wenigen Millimetern bestehend aus einem elektrischen Isolator, der auch den bei der Plasmazündung auftretenden thermischen Belastungen stand hält. Gut geeignet sind Kapillaren aus Alu miniumoxid, deren Innendurchmesser zwischen 1 mm und 5 mm liegt und deren Länge zwischen 50 mm und 200 mm variiert.In comparison to the other two discharge geometry described, the intermediate electrodes are omitted. A capillary 12 with an inner diameter of a few millimeters, consisting of an electrical insulator, which also withstands the thermal loads occurring during plasma ignition serves as the discharge vessel itself. Capillaries made of aluminum oxide, whose inner diameter is between 1 mm and 5 mm and whose length varies between 50 mm and 200 mm, are particularly suitable.

Für die Emission eines intensiven Elektronenstrahls sind die geometrischen Abmessungen und der Druck des Füllgases, sowie die angelegte Hochspannung mitsamt der elektrischen Beschal tung aufeinander abzustimmen. Wie auch die Pseudofunkenentla dung und die Hohlkathodenentladung in offener Geometrie kann auch diese Ausführung mit einer Vorionisierung, wie sie Abb. 4 zeigt, versehen werden.For the emission of an intense electron beam, the geometric dimensions and the pressure of the filling gas, as well as the high voltage applied, together with the electrical circuitry, must be coordinated. Like the pseudo-spark discharge and the hollow cathode discharge in open geometry, this version can also be pre-ionized, as shown in Fig. 4.

Durch alle drei der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist die Effizienz der bis heute in modernen Ionenbeschleuni gern zur Erzeugung hochgeladener Ionen verwendeten Gasstrecken deutlich zu übertreffen. Gegenüber Folien-Strippertargets hal ten sie darüber hinaus auch hohen Bestrahlungsstärken stand. Ein weiterer Vorteil ist der einfache mechanische und elektri sche Aufbau aller beschriebenen Umladestrecken. Bei einem Betrieb mit einer gepulsten Hochspannung ist es zudem möglich, die Entladephasen und die Zeitstruktur der Beschleuniger auf einander abzustimmen und so für einzelne Teilchenpulse eine sehr große Ionenausbeute in hohen Ladungszuständen zu errei chen. Through all three of the exemplary embodiments described above is the efficiency of the ion acceleration that is still in use today popular gas routes to generate uploaded ions clearly surpass it. Hal opposite film stripper targets they also withstood high levels of irradiation. Another advantage is the simple mechanical and electrical cal construction of all transhipment routes described. During an operation with a pulsed high voltage it is also possible the discharge phases and the time structure of the accelerators to coordinate each other and thus one for individual particle pulses to achieve very high ion yield in high charge states chen.

bibliography

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), 3623. ), 3623.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Öffnung, Gaszufuhr
Opening, gas supply

22

Kathode, Hohkathode
Cathode, hollow cathode

33

Anode
anode

44

Bohrung,
Drilling,

55

Bohrung
drilling

66

Bohrung
drilling

77

a Zwischenelektrode
a intermediate electrode

77

b Zwischenelektrode
b intermediate electrode

77

c Zwischenelektrode
c intermediate electrode

77

d Zwischenelektrode
d intermediate electrode

77

e Zwischenelektrode
e intermediate electrode

88th

Kondensator
capacitor

99

Widerstand
resistance

1010

Funkenstrecke
radio link

1111

Elektrode
electrode

1212

Kapillarrohr
capillary

Claims

1. A method for stripping ions in a transhipment line consisting of a gas discharge plasma, comprising the steps:

a gas discharge is ignited in a gas path between two electrodes,
- In the gas discharge, in addition to the discharge, an electron beam is generated and emitted, which ionizes the working gas along the flight path of the ions, so that the electron beam suppresses recombination when it is emitted by the ionization of the working gas in the peripheral layers and thus for stripping which contributes ions.

2. The method according to claim 1, characterized, that the gas in the transhipment line before the actual ignition the gas discharge already by an additional put voltage and resulting discharge vorioni is settled.

3. The method according to claim 2, characterized by that the gas discharge through a trigger on a cathode or ignited in a hollow cathode.

4. Device for performing the method according to claims 1 to 3, consisting of:
at least two electrodes on a common axis with a transfer section located between the two outermost electrodes, each electrode being removed around the axis (has a central bore),
an electrical connection of at least one static or pulsed high-voltage power supply unit with an outermost electrode provided as an anode ( 3 ) and a second electrode provided as a cathode ( 2 ), the cathode ( 2 ) being designed as a hollow cathode and the area between these two electrodes form the transfer route,
at least one vacuum pump connected beyond the anode ( 3 ) and at least one pump connected beyond the other outermost electrode, which allow differential pumping.

5. The device according to claim 4, characterized in that the cathode ( 2 ) is a hollow cathode with an open geometry and beyond the cathode ( 2 ) another elec trode, the additional electrode ( 11 ), which connects to the cathode ( 2nd ) is coupled via a further high-voltage power supply in such a way that a potential difference can be set between the two, which can pre-ionize an introduced filling gas in this intermediate area.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that on the axis between the anode ( 3 ) and cathode ( 2 ) at least one electrode, the intermediate electrode ( 7 a to 7 e), which is not electrically connected to the other electrodes is coupled.

7. The device according to claim 4, characterized in that between the cathode ( 2 ), which is a hollow cathode in ge closed geometry, and the anode ( 3 ) is a capillary tube ( 12 ) made of dielectric material coaxially on the axis of the electrode arrangement.

8. The device according to claim 4, characterized in that the cathode ( 2 ) is an anode ( 3 ) closed, opposite to it open hollow cathode, and the other side of the cathode ( 2 ), another electrode, the additional surface electrode ( 11th ), which is coupled to the cathode ( 2 ) via a further high-voltage power supply in such a way that a potential difference can be set between the two, which can pre-ionize a conducted filling gas in this intermediate region.

9. Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that at least one Gasein laßstutzen ( 1 ) is present in the jacket wall of the cathode.

10. The device according to claim 9, characterized, that the at least two vacuum pumps each from a door bomolecular pump and backing pump attached to it.