DE1917843A1

DE1917843A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Ionenbuendeln,insbesondere metallischen lonenbuendeln

Info

Publication number: DE1917843A1
Application number: DE19691917843
Authority: DE
Inventors: Guy Gautherin; Warnecke Robert Jean; Rene Masic
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-04-09
Filing date: 1969-04-08
Publication date: 1969-10-16
Also published as: US3631283A; DE1917843C3; DE1917843B2; GB1268941A; FR1585902A

Description

Dipl.-lng. Egon Prinz Dr. Qertrud Häuser Dipl.-Ιης. Gottfried Leiser Patentanwälte Telegramme: Labyrinth München

' Telefon: 83 15 10 Postscheckkonto: München 117078

Mönch·« 60, ~ 8. April 1983

Ernibergerstrasse 1?

Unser Zeichen: C 2671

THOMSON-CSP
101 _i Boulevard Murat, Paris l6e/Prankreich

Vorrichtung zur Erzeugung von Ionenbündeln, insbesondere metallischen Ionenbündeln

Bei einer bestimmten Anzahl von technischen Anwendungen der angewandten Physik ist es erforderlich, daß man über Bündel intensiver positiver Ionen verfügt, welche geometrisch und energetisch rut definiert sind.

Bu/ku

In

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BAD

In der Gasionisierungstechnik ist unter dem Namen DUOPLASMATRON eine Vorrichtung bekannt, mit welcher es möglich ist, aus einem Gas, v/ie beispielsweise Wasserstoff, solche Ionenbündel zu erzielen.

Wenn man jedoch statt Wasserstoffionen Ionen von anderen chemischen Körpern₅ beispielsweise von Metallen, zu erhalten wünscht, erweist sich das Duoplasmatron als unbrauchbar, insbesondere infolge des schlechten Wirkungsgrades der Ionisation sowie aufgrund von Verunreinigungen und Niederschlägen,' welche auf den Elektroden entstehen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zur Erzeugung und Beschleunigung von Ionen sehr unterschiedlicher Art (Bor, Aluminium, Indium₃ Phosphor_s Arsen- Antimon und dergleichen). Sie betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von intensiven Ionenbündeln durch Ladungsaustausch zwischen einem Plasma und einem gegebenen chemischen Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Reaktionskammer aufweist ₃ in welcher die Ladungsaustauschvorfränge stattfinden, wobei diese Kammer eine öffnung zur Einleitung eines Bündels dieses Plasmas, eine Einrichtung zur Einführung des genannten chemischen Körpers in Gasphase in das genannte Bündel und eine zweite öffnung für den Austritt der in der Kammer erzeugten Produkte aufweist.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher

erläutert. Es zeigen - . "

Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche insbesondere das Ionisierungsirehäuse, eine Vorrichtung zum Einbringen des zu ionisierenden Körpers, einen Ionentrennmagneten und einen Metallzylinder zum Herausziehen

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BAD ORiGiNAL

von Ionen aufweist, und

Figuren 2 bis 6 verschiedene Ausführungsformen der in einer der Wände des Metallgehäuses befestigten Vorrichtungen.

Für den Fall der Figur 1 wird diese Vorrichtung und deren Wirkungsweise im folgenden beschrieben. Es wird jedoch bemerkt, daß die anderen Ausführungsformen nach dem gleichen Prinzip arbeiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Metallgehäuse 3 mit zwei öffnungen 2 und 5, einen Kanal ¹J, welcher mit einem äusseren Vorratsbehälter verbunden ist und in das Gehäuse mündet, ein Gerät 6, welches ein Magnetfeld mit zur Zeichenebene senkrechter Richtung erzeugt und ,jenseits der zweiten öffnung 5 angeordnet 1st, sowie einen Metallzylinder 7 auf, welcher eine Öffnunr 15 enthalt and ,jenseits der 2one des Magnetfelds angeordnet ist. v.'obel dessen elektrisches Potential bezüglich des Gehäuses curch eine Spannunrrsquelle 16 festgelegt ist.

Das Piasria., welches eine I'ischan^· aus Wasserstoffionpn und Llektronen bildet anu bei 1 durch irgendeine zweckmäßige Einrieht an fr« insbesondere beispielsweise ein Duoplasmatron, ersea-'t v;irü, v^rlm durch die f-ffnang 2 in das MetaUgehäuse 3 eingefiu.rt.. das ein Volumen auf Quasi-konstant em elektrischem Potential bildet-₅ in dem sich das ■ Plasma ausbreitet, bis es eine Art von "blase'¹ bildet»

^f;rarK;i* viircl in folT#nden das I'etallgiihiase als AUs-

in vrelöher sich diese Äjsbraitung

Andererseit s

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Andererseits wird in die Kammer der zu ionisierende Körper, ·\ beispielsweise in Gasform₅ durch das Rohr 4 eingeleitetjwel ches mit einem äußeren Vorratsbehälter.verbunden ist. ■'■'

Dieses Gas wird sodann Gegenstand zweier gleichzeitiger"Erscheinungen, welche durch dessen Mischung mit dem Plasma her vorgerufen werden:

Die Elektronen des Plasmas ionisieren durch Stöße das Gas G, indem sie demselben eim-Elektron entreißen und zwar nach der Beziehung: · '

Neutral ^{+ e}- * ^GIon₊ ^{+ 2} ^e

Die Wasserstoffionen des Plasmas ionisieren ebenfalls das Gas G durch Ladungsaustausch gemäß der Beziehung:

^Gneutral ^{+ H}Ion+ * ^GIon+ ^{+ H}neutral*

Diese beiden Erscheinungen führen schließlich zur Erzeugung von Ionen des betreffenden Gases, was das durch die erfindungs-. gemäße Vorrichtung zu erreichende Zie.l darstellt.

Diese Ionen, welche mit Elektronen vermischt sind, wie die Reaktion (l) zeigt und welche auf diese Weise ein neues Plasma bilden, verlassen durch die Öffnung: 5 die Ausdehnungskammer in Form eines für¹ die Anwendungen brauchbaren Bündels.

Dieses Bündel ist mit einigen Wasserstoff ionen "verunreinigt¹', welche nicht reagiert haben, und man kann dasselbe mit einer geeigneten, beispielsweise magnetischen Trenneinrichtung 6 rei

nigen, 098Λ2/12 64 """—"

nigen, in der diese leichten Ionen Plugbahnen, wie die Plugbahn 8, beschreiben, während die nutzbaren, schwereren und daher weniger abgelenkten. Ionen Plugbahnen, wie die Plugbahn 9, beschreiben. ·

Andererseits kann man bei bestimmten Anwendungen, bei welchen man ein Ionenbündel und nicht ein Plasma wünscht, aus diesem die unerwünschten Elektronen herausziehen, indem man an seiner Bewegungsbahn eine Metallelektrode 7 mit Zylinderform anordnet, welche auf ein zweckmäßiges Potential bezüglich der Ausdehnungskammer gebracht ist_;, so daß die im Bündel vorhandenen freien Elektronen abgefangen v/erden:

Schließlich ist es möglich, das Bündel der ionisierten Dämpfe durch einen Durchgang durch ein Gas zu neutralisieren, indem das Metallion das für seine Weutralisierung erforderliche Elektron einfängt und trotzdem seine kinetische Energie beibehält.

Man erhält auf diese Weise eine Quelle von neutralen, fokussierten und beschleunigten Molekülen.

Die Einführung des gemäß der Erfindung zu ionisierenden Gases oder Dampfes kann Je nach der Art desselben in verschiedenen Formen durchgeführt werden:

Figur 1 zeigt die Vorrichtung gemäß einem ersten Verfahren, welches als "Kaltverfahren" bezeichnet wird und bei dem man, wie oben ausgeführt.., das Π-as direkt durch einen Kanal oder ein Rohr in die Ausdehnungskammer einleitet. Dies ist·beispielsweise bei Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen der Pail»

Figur 2 bezieht sich auf den Fall eines Dampfes, welcher bei-

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spielsweise aus einem Metallkörper erhalten wurde. Man. erzeugt denselben außerhalb^ der Kammer in einem getrennten Gehäuse, bevor man ihn in den Kanal k leitet. Man kann so einen Dampfstrahl erhalten, welcher beispielsweise in Querrichtung die Ausdehnungskammer durchsetzt und dessen kinetische Energie von einem Kondensationssammier 10 absorbiert wird, der gegenüber der Kanalöffnung angeordnet ist.

Figur 3 bezieht sich auf ein zweites Verfahren, bei welchem man den Dampf aus dem betreffenden chemischen Körper direkt im Gehäuse erzeugt. In der Ausdehnungskammer ist eine Ausnehmung 11 hergestellt, in v/elcher man den Körper in festem Zustand anordnet. Wenn der Dampfdruck desselben hoch ist, kann er unter der Einwirkung von Kalorien verdampft werden, welche durch die Plasmablase selbst geliefert werden. Dies ist beispielsweise bei Lithium der FaIl₅ welches in Pulverform hergestellt ist and peg.en 200° verdampft.

In dem allgemeineren PaIl₅ in dem eine höhere Temperatur erforderlich ist, ordnet man in der Wandung der Ausdehnungskammer einen Ofen oder Herd an, welcher durch äußere Energiezuführung erhitzt wird.

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher man den Joulesehen Effekt mittels eines in der Wandung angeordneten Heizdrahtes 13 ausnützt.

Figur 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform _Λ bei welcher man eine elektronische Beschießung der Wand aufgrund einer heißen Kathode 14 ausnützt. welche direkt oder indirekt geheizt wird und bezüglich der Wandung auf ein negatives Potential gebracht ist.

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BAD QRIGiNAL

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Figur 6 bezieht sich auf den Fall, daß der chemische Körper flüssig ist, beispielsweise daß er aus Quecksilber besteht. Man ordnet denselben in einer Ausnehmung oder einer hohlen Rinne 12 in der Wandung der Ausdehnungskammer an.

Patent ansprüche 9842/1264

Claims

Patentansprüche

1.)Vorrichtung zur Erzeugung von intensiven lonenbündeln durch Ladungsaustausch zwischen einem Plasma und einem gegebenen chemischen Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Reaktionskammer aufweist, in welcher die Ladtfngs- ,' austauschvorgänge stattfinden, wobei diese Kammer eine öffnung zur Einleitung eines Bündels dieses Plasmas, eine Einrichtung zur Einführung des genannten chemischen Körpers in ■ Gasphase in das genannte Bündel und eine zweite Öffnung für den Austritt der in der Kammer erzeugten Produkte aufweist. ,

2. Vorrichtung nach Anspruah l_s dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer derartige Abmessungen aufweist, daß das Bündel sich.in Form einer Blase ausbreiten kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführungseinrichtung aus einem rohrförmigen Kanal besteht, welcher in die Kammer mündet. " . " '

k. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Teil der Wandung der Reaktionskammer, welcher gegenüber der Öffnung des rohrförmigen Kanals angeordnet ist, aus einem hitzebeständigen Material besteht,

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführungseinrichtung aus einer Ausnehmung besteht, welche in einer Wandung der Reaktionskammer ausgebildet und in welcher der chemische Körper angeordnet 1st.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführungseinrichtung aus einer Ausnehmung, welche in einer Wandung der Reaktionskammer ausgebildet und in welcher der chemische Körper angeordnet ist, und aus einer Heizeinrichtung des zu verdampfenden .chemischen Körpers besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß-die Heizeinrichtung aus einem von einem elektrischen Strom durchflossenen Metalldraht besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung aus einer Elektronenquelle besteht, welche gegenüber einer Wandung der Reaktionskammer angeordnet und bezüglich dieser auf ein negatives elektrisches Potential gebracht ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach der zweiten Öffnung eine Einrichtung zum Herausziehen eines Bündels von reinen Ionen des chemischen Körpers aus den erzeugten Produkten aufweist,

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eünrichtung zum Herausziehen aus einer magnetischen Anlage besteht", welche ein Magnetfeld mit derartiger Richtung erzeugt, daß es unterschiedliche Flugbahnen für die verschiedenen, in den genannten Produkten vorhandenen Ionen bestimmt.

11. Vorrichtung nach Anspruch.9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Herausziehen ein System von Elektroden aufweist, welche bezüglich der Reaktionskammer auf ein derartiges Potential gebracht sind, daß sie die in den genannten Produkten vorhandenen freien Elektronen auffangen.

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