DE2139530A1 - Device for generating intense ion bundles - Google Patents
Device for generating intense ion bundlesInfo
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Description
Un3er Zeichen; T 1060_ Our sign ; T 1 060_
THOMSON-CSS1 THOMSON-CSS 1
101, Bd.Marat101, vol
75 Paris 1 Gerne, Frankreich75 Paris 1 Gerne, France
Vorrichtung zur Erzeugung von intensivenDevice for generating intense
Ionen bündel η ( Zusatz zur Patentanmeldung P 19 17 845 . 9 )Ion bundle η (addendum to patent application P 19 17 845.9)
Gegenstand der Hauptaηme!dung P 19 17 843.9 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von intensiven Ionenbündeln durch Ladungsaustausch zwischen einem Plasma und einem gegebenen chemischen Stoff, die eine Rsaktionskammer aufweist, in welcher die Ladungsaustauschvorgänge stattfinden- wobei die Reaktionskammer eine erste Öffnung zur Einleitung eines Bündels des Plasmas, eine Einrichtung :sur Einführung des chemischen Stoffs in Gasphase in das BMndel und eine zweite Öffnung für den Austritt der in der Reäktionskammer erzeugten Produkte aufweisen.The subject of the main name P 19 17 843.9 is a Device for generating intense ion bundles by charge exchange between a plasma and a given chemical substance, which forms a reaction chamber in which the charge exchange processes take place- said reaction chamber having a first opening for introducing a bundle of said plasma, means : sur Introduction of the chemical substance in gas phase into the cervix and a second opening for the outlet of the products produced in the reaction chamber.
Diese Vorrichtung weist ferner eine primäre Ionisationskammer auf, in der das Plasma erzeugt wird, das dann in die als sekundäre Ionisationskammer dienende Reaktionskammer eingebracht wird. Diese sekundäre Ionisationskammer ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie als Ausdehnungskammer wirkt.This device also has a primary ionization chamber in which the plasma is generated, which then is introduced into the reaction chamber serving as a secondary ionization chamber. This secondary ionization chamber is preferably designed so that it acts as an expansion chamber works.
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Bei dem in der Hauptanmeldung beschriebenen Ausführungsbeispiel wird Wasserstoff zur Bildung des priraärenPlasmas verwendet, wodurch es möglich ist, daß die Vorrichtung ohne Schaden für die Katode arbeiten kann. -Da jedoch das Ionisationspotential von Wasserstoff niedrig ist, ist die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung gering.In the embodiment described in the main application becomes hydrogen to form the prairie plasma is used, thereby allowing the device to operate without damage to the cathode. -But that The ionization potential of hydrogen is low, the performance of the device is low.
Das Ziel der Erfindung ist eine Weiterbildung des Gegenstands des Hauptpatents, die es ermöglicht, den Ionisationswirkungsgrad beträchtlich su erhöhen. The aim of the invention is a further development of the subject matter of the main patent, which makes it possible to increase the ionization efficiency considerably.
Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das in der primären Ionisationskammer erhaltene primäre Plasma aus einem inerten Gas gebildet iet, dessen Moleküle einen kleinen wirksamen Ionisationsquerschnitt und einen großen wirksamen Rekombinationsquerschnitt aufweisen.According to the invention this is achieved in that the The primary plasma obtained in the primary ionization chamber is formed from an inert gas whose Molecules have a small effective ionization cross section and a large effective recombination cross section exhibit.
Eine Analyse der verschiedenen Ionisationsreaktionen sowie die Erfahrung zeigen, daß beispielsweise Helium, also ein inertes Gas, beträchtliche Vorteile gegenüber anderen Gasen und insbesondere gegenüber dem in den Iononquellen üblicherweise verwendeten Wasserstoff ergibt.An analysis of the various ionization reactions and experience show that, for example, helium, thus an inert gas, considerable advantages over other gases and in particular over that in the Ionon sources commonly used hydrogen results.
Zunächst ist hervorzuheben, daß das hohe Ionisationspotential von Helium (24eV anstelle von 6eV bei Wasserstoff) eine . beträchtliche Erhöhung des Ionisationswirkungsgrads der Vorrichtung ermöglicht; mit anderen Worten bedeutet dies, daß das aus der Reaktionskammer (Ausdehnungskammer) austretende Plasmabündel sehr wenig G^-Ionen enthält. Demzufolge geht der Wirkungsgrad:First of all, it should be emphasized that the high ionization potential of helium (24 eV instead of 6 eV for hydrogen) one. considerable increase in the ionization efficiency of the Device enables; in other words, this means that the exiting from the reaction chamber (expansion chamber) Plasma bundle contains very few G ^ ions. As a result, the efficiency is:
IGT + IG*IGT + IG *
nach 1, wenn der .ToaeDstrom IG·"} sehr klein gegen ISp ist.after 1, if the .ToaeDstrom IG · "} is very small compared to ISp.
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Der elementare Ionisationsmechanismus, der bei dieser Vorrichtung durch die in der sekundären Ionisationskammer erfolgende Wechselwirkung des in der primären Ionisationskammer erzeugten und in die ein Gas G? enthaltend sekundäre Ionisationskammer eingebrachten Plasmas des Gases G1 abläuft, kann durch eine Folge von Reaktionen beschrieben werden, die in drei Familien getrennt werden können:The elementary ionization mechanism, which in this device is created by the interaction of the primary ionization chamber in the secondary ionization chamber and into which a gas G ? containing the secondary ionization chamber introduced plasma of the gas G 1 can be described by a sequence of reactions that can be separated into three families:
a) Stoßionisationsreaktionen, die folgendermaßen zusammengefaßt werden können: · -a) Impact ionization reactions, which are summarized as follows can be: -
In der primärenKammer :In the primary chamber:
e" + G° —». G+ + 2o~ (1)e "+ G ° -». G + + 2o ~ (1)
Gt + G? - 2Gt + e~ (2)Gt + G? - 2Gt + e ~ (2)
'Λ T VT. — CBj 'Λ T VT. - CBj
darin sindare in it
e negative Elektronen,e negative electrons,
G° das neutrale Gas der primären .Ionisationskammer ,G ° the neutral gas of the primary ionization chamber,
(J1 das ioniserte Gas G^./
In der sekundären Ionisationskammer (Ausdehnungskammer):(J 1 the ionized gas G ^. /
In the secondary ionization chamber (expansion chamber):
e" + G° —- G+ + 2e~ (3)e "+ G ° --- G + + 2e ~ (3)
Gt + G2 ~~^~ &t + G2 + e" (4) G t + G 2 ~~ ^ ~ & t + G 2 + e " (4)
Darin sind:In it are:
G^ das in die sekundäre Kammer eingebrachte neutrale Gas; das ionisierte Gas Gg.G ^ the neutral gas introduced into the secondary chamber; the ionized gas Gg.
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b) Ladungsaustauschreäktionen:b) Charge exchange reactions:
G1 + G2 ** G1 + G2 G 1 + G 2 ** G 1 + G 2
•2 + 1 ""* 2 + 1• 2 + 1 "" * 2 + 1
c) Rekombinationsreaktionen:c) recombination reactions:
G1 + e —- G1 .a;G 1 + e - G 1 .a;
G+ + β" —*- G° (8)G + + β "- * - G ° (8)
Die besten Bedingungen für die Erzeugung von Gg Ionen werden erhalten, wenn die Stoßionisationsreaktionen des Typs (1) und (2) eine geringe Wahrscheinlichkeit haben, d.h., wenn der wirksame Ionisationsquerschnitt, des primären Gases klein ist, was genau der Pail von Helium ist.The best conditions for the generation of Gg ions are obtained when the impact ionization reactions of type (1) and (2) have a low probability i.e. if the effective ionization cross-section of the primary gas is small, which is exactly the pail of Is helium.
Ferner begünstigt die Verwendung von Helium die Ladungsaustauschreaktion (5) t während die in der Vorrichtung unwirksame Reaktion (6) nur mit sehr kleiner Wahrscheinlichkeit entsteht.Furthermore, the use of helium favors the charge exchange reaction (5) t while the reaction (6), which is ineffective in the device, occurs only with a very low probability.
Es ist ferner zu bemerken, daß die Verwendung von Helium in der primären Kammer auch die Rekombinationsreaktion(7) begünstigt, da der "wirksame Rekombinationsquerschnitt" umso größer ist, je kleiner der "wirksame Ionisationsquerschnitt" ist. It should also be noted that the use of helium in the primary chamber also reduces the recombination reaction (7) favored, since the "effective recombination cross section" is greater, the smaller the "effective ionization cross section" is.
Die Verwendung von Helium als Gas G1 begünstigt also sehr stark die Erzeugung und Aufrechterhaltung der G^- Ionen und ermöglicht die Entnahme einer Ionenpopulation, die sehr arm an Gt-Ionen ist.The use of helium as the gas G 1 thus greatly favors the generation and maintenance of the G ^ ions and enables an ion population that is very poor in Gt ions to be extracted.
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Es ist noch zu betonen, daß die Verwendung von Helium eine große Betriebssicherheit der Vorrichtung gewährleistet, unabhängig von der Wahl des Gases Gg (was nicht der Fall ist, wenn beispielsweise Wasserstoff für das Gas G.. gewählt wird).It should also be emphasized that the use of helium ensures a high level of operational reliability of the device, regardless of the choice of gas Gg (which is not the case is if, for example, hydrogen is chosen for the gas G .. will).
Es köunen jedoch auch andere Gase, wie Stickstoff oder' Argon mit einem weniger hohen Umwandlungswirkungsgrad ala Helium mit Vorteil in der erfindungsgeraässen Vorrichtung verwendet werden.However, other gases such as nitrogen or ' Argon with a less high conversion efficiency ala helium with advantage in the device according to the invention be used.
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Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7029252A FR2102546A6 (en) | 1970-08-07 | 1970-08-07 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE2139530A1 true DE2139530A1 (en) | 1972-03-09 |
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ID=9059975
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19712139530 Pending DE2139530A1 (en) | 1970-08-07 | 1971-08-06 | Device for generating intense ion bundles |
Country Status (5)
Country | Link |
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FR (1) | FR2102546A6 (en) |
GB (1) | GB1330743A (en) |
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NL (1) | NL7110742A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0021204A1 (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-07 | International Business Machines Corporation | Ion generator |
-
1970
- 1970-08-07 FR FR7029252A patent/FR2102546A6/fr not_active Expired
-
1971
- 1971-07-29 IT IT5198471A patent/IT989602B/en active
- 1971-08-04 NL NL7110742A patent/NL7110742A/xx unknown
- 1971-08-06 GB GB3717471A patent/GB1330743A/en not_active Expired
- 1971-08-06 DE DE19712139530 patent/DE2139530A1/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0021204A1 (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-07 | International Business Machines Corporation | Ion generator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2102546A6 (en) | 1972-04-07 |
IT989602B (en) | 1975-06-10 |
GB1330743A (en) | 1973-09-19 |
NL7110742A (en) | 1972-02-09 |
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