DE3702397A1

DE3702397A1 - Ion source for a cyclotron

Info

Publication number: DE3702397A1
Application number: DE19873702397
Authority: DE
Inventors: Josef Biber
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1987-01-28
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1988-08-18
Also published as: DE8717818U1

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle für ein Zyklotron mit einer strombeheizten Glühkathode und einem Reflektor, der an der einen Stirnseite einer zylinderförmig ausgebildeten Brennkammer angebracht ist, in die eine Niederdruck-Gasentladung stattfindet, die mittels eines Magnetfeldes zusammengeschnürt ist, und bei der die erzeugten Ionen senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes durch eine Öffnung in der Brennkammerwandung entweichen.The invention relates to an ion source for a cyclotron a current-heated hot cathode and a reflector that turns on one end face of a cylindrical one Combustion chamber is attached into which a low pressure gas discharge takes place, which is constricted by means of a magnetic field and in which the ions generated are perpendicular to Direction of the magnetic field through an opening in the combustion chamber wall escape.

Eine derartige Ionenquelle ist aus der DE-PS 20 29 571 bekannt. Bei ihr wird der Reflektor von auftreffenden Elektronen negativ aufgeladen und die Ionenausbeute im Entladungsplasma somit erhöht. Die Aufladung erfolgt jedoch unkontrolliert und die integrale Stromausbeute wird dadurch begrenzt, daß ein großer Verschleiß an der Anodenöffnung entsteht. Die Fläche der Anodenöffnung ist ebenfalls nicht ohne weiteres zu vergrößern, um einen höheren Ionenstrom zu erhalten, bzw. zu verkleinern, um einen intensiveren Strahl auszubilden. Mit Blenden, die den Strahl beschneiden, um seine Qualität zu verbessern oder gar höhere Ströme zu extrahieren, kann nicht gearbeitet werden.Such an ion source is known from DE-PS 20 29 571. With her, the reflector is hit by electrons negatively charged and the ion yield in the discharge plasma thus increased. However, charging takes place in an uncontrolled manner and the integral power yield is limited that there is a lot of wear on the anode opening. The area of the anode opening is also not without enlarge further to get a higher ion current, or reduce in size to form a more intense beam. With diaphragms that cut the beam to its Improve quality or even extract higher currents, cannot be worked.

Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht darin, die e. g. Ionenquelle darart auszugestalten, daß mit ihr eine Strahlenqualitäts- und Quantitätsverbesserung, z. B. bei α-Teilchenstrahlen für die Dual-Beam-Technik und Maschinenteilaktivierungen, ermöglicht wird.The object of the invention is to design the eg ion source in such a way that with it a radiation quality and quantity improvement, for. B. with α- particle beams for dual-beam technology and machine part activations.

Die Lösung ist in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 beschrieben. The solution is in the characterizing features of the claim 1 described.

Die weiteren Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.The other claims give advantageous developments of Invention.

Mit der Erfindung ist es möglich, eine besonders günstige Dimensionierung der Anodenbohrung und des Anodenschlitzes vorzunehmen, wodurch eine erheblich erlängerte Betriebszeit und bessere Strahlenqualität erzielt werden kann. Durch die Reflektorverbindung außerhalb der Brennkammer wird zudem ein sicherer Betrieb und eine weiter erhöhte Ionenausbeute durch den Einfluß des Hochfrequenz-Einganges vom Beschleunigungssektor über den (wahrscheinlich) als Empfangsantenne wirkenden Drahtbügel bewirkt. Daher ist es auch möglich, die Anodenöffnung zu verkleinern und somit eine Verkleinerung des Extraktionsschlitzes für eine gute Strahlqualität zu erzielen, was den Verschleiß der Anode noch reduziert.With the invention it is possible to make a particularly cheap one Dimensioning of the anode bore and the anode slot make a significantly longer operating time and better radiation quality can be achieved. By the reflector connection outside the combustion chamber is also safe operation and a further increased ion yield by the influence of the high frequency input from the acceleration sector over the (probably) as a receiving antenna acting wire bracket. Therefore it is also possible to use the To reduce the anode opening and thus a reduction in the To achieve extraction slit for good beam quality, which further reduces wear on the anode.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der Fig. 1-2 näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment using FIGS. 1-2.

In der Ionenquelle nach Fig. 1 werden in einer Niederdruck-Gasentladung von ungefähr 0,2 bis 0,4 Torr, insbesondere im Brennkammerhalsbereich der Anode 5, Ionen bzw. α-Teilchen erzeugt. Die Entladung brennt zwischen der Glühkathode 3 aus Hafniumcarbid und der Brennkammer als Anode 5 bei einer Brennspannung zwischen 100-250 V. Die Brennkammer 5 besteht aus der Anode 5 (Hohlzylinder aus Tantal), dem die Glühkathode 3 (Hf-carbid) mit Halterung 2 (Graphit) aufnehmenden, erweiterten Unterteil 10 sowie dem den Reflektor 7 (Zylinder) aus Wolfram oder Tantal aufnehmenden oberen Teil 11. Alle drei Teile 5, 10 und 11 sind auf der Längsachse 12 fluchtend ausgerichtet. Der untere Teil 10 bzw. der Halterungsteil 13 der Kathodenhalterung 2 sind mit einer Wasserkühlung 1 versehen.In the ion source of FIG. 1 in a low-pressure gas discharge are from about 0.2 to 0.4 torr, which generates ions and α-particles in particular in the combustion chamber neck portion of the anode 5. The discharge burns between the hot cathode 3 made of hafnium carbide and the combustion chamber as anode 5 at an operating voltage between 100-250 V. The combustion chamber 5 consists of the anode 5 (hollow cylinder made of tantalum), to which the hot cathode 3 (HF carbide) with holder 2 (Graphite) receiving, expanded lower part 10 and the upper part 11 receiving the reflector 7 (cylinder) made of tungsten or tantalum. All three parts 5, 10 and 11 are aligned on the longitudinal axis 12 . The lower part 10 and the holder part 13 of the cathode holder 2 are provided with a water cooling 1 .

Der Reflektor 7 ist gegenüber der Brennkammer 5, 11 mittels des Isolators 8 (Bornitrid) isoliert befestigt. Eine durch den Isolator 8 hindurchgehende Verbindung 14, die mit dem Reflektor 7 in elektrischem Kontakt steht, ist mittels eines Drahtbügels 6, der als Reflektorverbindung (Molybdän) dient und parallel zur Achse 12 ausgerichtet außerhalb der Brennkammer 5 verläuft, mit der Halterung 2 der Kathode 3 elektrisch verbunden. Somit liegen der Reflektor 7 und die Kathode 3 nahezu immer auf gleichem Potential. Der Drahtbügel 6 ist dabei derart ausgebildet, daß er durch eine Isolationssteckbuchse 15 in den unteren Teil 10 eingeführt und mechanisch in einem Steckkontakt 16 arretiert werden kann.The reflector 7 is fixed insulated from the combustion chamber 5, 11 by means of the insulator 8 (boron nitride). A connection 14 passing through the insulator 8 , which is in electrical contact with the reflector 7 , is connected to the holder 2 of the cathode by means of a wire bracket 6 , which serves as a reflector connection (molybdenum) and runs parallel to the axis 12 outside the combustion chamber 5 3 electrically connected. Thus, the reflector 7 and the cathode 3 are almost always at the same potential. The wire bracket 6 is designed such that it can be inserted through an insulation socket 15 into the lower part 10 and mechanically locked in a plug contact 16 .

Das Entladungsplasma in der Brennkammer 5, deren Querschnitt in Fig. 2 dargestellt ist, wird durch ein starkes Magnetfeld zusammengeschnürt. Die erzeugten Ionen werden mittels einer Hochfrequenzspannungsanlage 17 (ungefähr 40 kV, 33 MHz) als Strahl 18 an einem Beschleunigungssektor 9 vor der Anodenaustrittsöffnung 4 (Schlitz) quer zum Magnetfeld aus der Brennkammer 6 heraussaugt. Die HF-Spannung 17 beeinflußt die Plasma-Entladung günstig, da sie über den Drahtbügel 6 als Antenne der Plasma-Entladung aufgeprägt wird.The discharge plasma in the combustion chamber 5 , the cross section of which is shown in FIG. 2, is constricted by a strong magnetic field. The ions generated are sucked out of the combustion chamber 6 transversely to the magnetic field by means of a high-frequency voltage system 17 (approximately 40 kV, 33 MHz) as a beam 18 on an acceleration sector 9 in front of the anode outlet opening 4 (slot). The HF voltage 17 has a favorable influence on the plasma discharge, since it is impressed on the wire bracket 6 as the antenna of the plasma discharge.

Technische Daten Technical specifications

Claims

1. Ion source for a cyclotron with a current-heated hot cathode and a reflector, which is attached to one end of a cylindrical combustion chamber in which a low-pressure gas discharge takes place, which is constricted by means of a magnetic field, and in which the ions generated are perpendicular to the direction escape of the magnetic field through an opening in the combustion chamber wall, characterized in that the reflector ( 7 ) is insulated from the anode designed as a combustion chamber ( 5 ), but by means of a connection ( 6 ) to the cathode ( 6 ) running outside the combustion chamber ( 5 ). 3 ) is electrically connected.

2. Ion source according to claim 1, characterized in that the connection ( 6 ) consists of a wire bracket which is at least parallel to the axis ( 12 ) of the combustion chamber ( 5 ).

3. Ion source according to claim 1 and 2, characterized in that the wire bracket ( 6 ) as a plug connection ( 16 ) on the cathode holder ( 2 ) can be fastened.