DE2016038B2 - Ionenquelle - Google Patents

Description

elektrode 10 gerichtet und nehmen die Ionen mit, die in Berührung mit ihnen rekombinieren. Daraus ergibt sich eine Verringerung der Ionendichte, die für die Expansion eines Ionenstrahls aus der gesamten Kammer zur Verfugung steht, und diese Verringerung wird besonders groß außerhalb der Kammerachse. Die radiale Dichteverteilung innerhalb eines auf diese Weise erhaltenen Ionenstrahls ist daher nicht gleichförmig.

Hält man dagegen die Expansionselektrode 10 für i» die Plasmaexpansion auf einem negativen Potential, wie dies bei der dargestellten Ionenquelle der Fall ist, so erhalten die Elektronen, die anfänglich mit hoher Geschwindigkeit auf die Innenwand der Steuerelektrode 10 gerichtet sind, und die Ionen mitnehmen, eine wesentlich geringere Diffusionsgeschwindigkeit Daraus ergibt sich eine Vergrößereng der Elektronendichte und damit auch der lonendichte sowie eine Vergleichmäßigung der Dichte des Plasmas.

Tn Fi ε 3 und 4 ist die radiale DichteverteHung

dem Abstand von Ä!^-» ausgeMdete lonen-3) bzw. für eine Ionenquelle bekannter f₆ 4) dargestellt Die Kurven von Fig. 3 &Ί&&* IMr^selektrode 13 er-, die mit einer Treff platte versehen war, dSeSVärmesser Löchervon 1 mmAhflmd und 0,2 mm Durchmesser aufwies^Jedes der soer-SenenSenbündel wurde mit Hflfe emes senkrecht S^tischen Achse des Ionenstrahl verschieben ichüt^analysiert Ein Vergleich der Kurven m FiftTund 4 zeigt deutlich die durch die Erfindung

rung der Verluste an Ionen anzeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

ι % Fig. 2 einen ver-giößerten Ausschnitt aus der Patentansprüche: Darstellung von, Fig. } und " Fi g. 3 und 4 Kurven zur Veraissehanliehung der

1. Ionenquelle mit einer Ionisationskammer mit radialen Dichteveftegujg für die lonea in Abhängigeiner Einführung für ein zu ionisierendes 6as, mit 5 keit von der Entfernung von der Achse des Ioneastrahls einer im Zentrum einer mit einer Durchtritts- für eine erfindcngsgemäß ausgebildete Ionenquelle und öffnung für Elektronen versehenen Zwischen- für eine in bekannter Weise ausgeführte Ionenquelle, elektrode angeordneten Kathode, mit einer mit wobei die Extraktionselektroden in beiden Fällen auf einun Durchtrittsloch für den Durchtritt von dem gleichen Potential liegen.

Ionen versehenen Anode, mit einer in der Bewe- io Die in F i g. 1 und 2 dargestellte Ionenquelle ist gungsrichtung der Ionen hinter der Anode ange- speziell für die Erzeugung eines Protonenstrahls einordneten gxpapsjon§elgkfrpde für dje Plasma- genchtef. Jn die Kammern 1 und 15 wird daher durch expansion und PÜt einer· dahinter anggqfdge+gn. erae^pfg, f und 2 nicht sichtbare öffnung \Vasser-Extraktionselektrode zum Extrahieren der Ionen, stoff eingeführt. Die Kammer 1 enthält eine Kathode 2 dadurch gekennzeichnet, daß die ts und die Anschlüsse 3 zu deren Versorgung mi| elektri-Expacsionselektrode ejn an f}er Anode (7) tief estig- schem Strom. Die Kammer 1 wird durch eine Zwischenter, elektrisch dagegen jedoch isolierter und auf elektrode in Form einer hohlzylindrischen Hülle 4 beeinem negativere« Potential als die Anode gehal- grenzt, die an einem Ende in einen koaxialen Kegelteaer Zylinder (10) mit zur Bewegungsrichtung der stumpf ausläuft und am anderen Fnde durch eine mit Ionen bei Durchtritt durch die Anode (7) paralleler ao zwei voneinander isolierten Stromdurchf uhrungen Achse ist. versehenen Scheibe abgeschlossen wird. Eine große

2. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch ge- Menge an Elektronen tritt aus der Kammer 1 durch kennzeichnet, daß die Expansionselektrode (10) eine Durchtrittsöffnung 5 aus und führt zu einer aus einem eine parasitäre Polarisation ihrer inneren starken Ionisation in Cx Kammer 15. Eine Magnet-Oberfläche verhindernden Material besteht. 35 spule 6 hält das Plasma in der Umgebung des: Durch-

3. Ionenquelle nach Anspruch 2, dadurch ge- trittsloches 8 in der Anode 7 zusammen. Die Anode 7 kennzeichnet, daß die innere Oberfläche der Expan- ist senkrecht zur Achse der h,ohlzylinderförmigen sionselektrode (10) nut einem Überzug aus Gold Hülle 4 angeordnet. Eine entweder torusförnüge oder versehen ist zylindrische Dichtung 9 aus einem elektrisch isplieren-

4. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 39 den Material isoliert die Anode 7 elektrisch gegenüber dadurch gekennzeichnet, daß das nepative elektri- " dei Kammer 1. Ein Zylinder 10, der die Expansio'issche Potential der inneren Oberfläche der Ir'xpan- elektrode für die Plasmaexpansion darstellt, ist gegensionselektrode (10) den gleichen Wert hat wie das über der Anode 7 durch eine Isolation 11 elektrisch Potential der Zwischenelektrode (4). isoliert. Eine Leitung 12 ennöglicl}t es, den Zylinder 10

35 auf einem anderen Potential zu halten als die Anode 7, und zwar entspricht das Potential des Zylinders 10 im

allgemeinen dim Nullpotential. Eine auf sehr hoher

negativer Spannung gehaltene Extraktionselektrode 13 iührt zu einer Beschleunigung der gebildeten Ionen.

Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle mit einer 40 Eine in F i g. 1 und 2 nicht dargestellte Vakuum-Tonisationskammer mit einer Einführung für ein zu pumpe hält das Vakuum in dem nach der Anode 7 ionisierendes Gas, mit einer im Zentrum einer mit einer gelegenen Teil der Ionenquelle aufrecht. Die Bezugs-Durchtrittsöffnung für Elektronen versehenen Zwi- zahl 14 bezeichnet eine elektrisch mit dem Zylinüer 10 schenelektroda angeordneten Kathode, mit einer mit verbundene Elektrode.

einem Durchtrittsloch für den Durchtritt von Ionen ·>5 In dem in F i g. 1 um' 2 veranschaulichten Fall versehenen Anode, mit einer in der Bewegungsrichtung einer Protonenquelje haben die an den verschiedenen der Ionen hinter der Anod.e angeordneten ExpaasjpnsT Elektronen anliegenden Potentiale folgende Werte:
elektrode für die Hasmaexpansion und mit einer da- p„_t„„t:,i a„ v**u_nA~i nn ν

hinter angeordneten ExtraktionselekLoue zum Extra- l°JS?\ ti Ληϊ. 7 Ϊ

hjeren der Ionen. Eine spjche Ionenquelle ist in 4er 50 j™™* der
Zeitschrift »Nuclear Instruments and Methodst, in f;> η;!

ΐ *pi2 H r 'J ·} ϊ» κ' ^οε50ΐιπ^^η·. Potential der Zwischenelektrode 4 -60 V

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine ρ,,^,,Ηο! ,w Cr*™w;„„c»i«,<^../,H„

derartige Ionenquelle dahingehend zu verWr-a, daß ^P°g^{ntial der} ExtraküonseleUrode

eine über den gesamten Ionenstrahl gleichmäßige Ver- 55

teilung der Ionenc'xhte erreicht wirä. " Die Anschlüsse für die Potentialzuführung zu den

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- Elektroden 4, 7 u.nd_ }3, sjnd dpr Übersichtlichkeit löst, daß die Expansionselektrode ein an der Anode halber in F i g. 1 und 2 a\fh\ dargestellt,
befestigter, elektrisch dagegen jedoch isolierter und Das Arbeiteprinzip der dargestellten Ionenquelle auf einem negativerem Potential als die Anode ge- 60 läßt sich aus folgenden Überlegungen verstehen, haltener Zylinder mit zur Bewegungsrichtung der Wenn die Expansionselektrode 10 für die Plasma-Ionen bei Durchtritt durch die Anode paralleler Achse expansion sich auf dem gleichen Potential befindet wie ist. die Anode 7, also im allgemeinen auf dem Nuil-

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist im fol- potential, wie dies bei den Ionenquellen bekannter Art

genden ein Ausführungsbeispiel einer Ionenquelle be- 65 der Fall ist, werden alle Elektronen in dem in der

schrieben, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. lonisatior«kammer 15 gebildeten Plasma von der

Dabei zeigt in der Zeichnung Anode 7 und der Expansionselektrode 10 gesammelt.

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ionenquelle, Diese Elektronen sind auf die Wände der Expansions-