EP0374011A1 - Process and device using an ECR source for the production of strongly charged heavy ions - Google Patents

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EP0374011A1
EP0374011A1 EP89403384A EP89403384A EP0374011A1 EP 0374011 A1 EP0374011 A1 EP 0374011A1 EP 89403384 A EP89403384 A EP 89403384A EP 89403384 A EP89403384 A EP 89403384A EP 0374011 A1 EP0374011 A1 EP 0374011A1
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EP
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electrode
electrons
opening
frequency
cavity
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EP89403384A
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Bernard Jacquot
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00—Ion beam tubes
    • H01J27/02—Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation
    • H01J27/18—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation with an applied axial magnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
    • H05H1/16—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied electric and magnetic fields
    • H05H1/18—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied electric and magnetic fields wherein the fields oscillate at very high frequency, e.g. in the microwave range, e.g. using cyclotron resonance

Definitions

  • the subject of the present invention is a method and a device using a source of electronic cyclotron resonance type for the production of highly charged heavy ions.
  • Heavy atoms are understood to mean atoms which include several electrons; the ions formed from these atoms are used in particular in atomic and nuclear physics.
  • the obtaining of ions can be carried out from a gas or a metallic vapor whose neutral atoms are ionized by impacts of energetic electrons.
  • the axial component has symmetry of revolution and has a gradient along an axis crossing the cavity.
  • the magnetic field is adjusted so that there is in the cavity at least one completely closed magnetic sheet and having no contact with the walls of the cavity.
  • the ions formed are extracted from the cavity by the effect of an electric field obtained by maintaining a potential difference between two electrodes. These electrodes are attached to the cavity and pierced with an opening allowing the passage of ions. A pumping circuit ensures the evacuation of the residual neutral atoms continuously. These electrodes are made of material that cannot be magnetized (generally stainless steel) so as not to disturb the distribution of magnetic field inside the cavity.
  • the closed sheet allows the ionization of the gas and the second favors the confinement of the plasma of ions and electrons.
  • Figure 1 shows an approximate Maxwell distribution.
  • the abscissas represent the energies of the electron populations noted in keV.
  • the ordinates represent the distribution D of the electron density H.
  • the asymmetrical bell curve in solid lines represents the energy distribution obtained with an electromagnetic excitation f1 (of the order of 10 GHz).
  • the curve passes through a maximum for an Eo value of low electronic energy.
  • the dashed curve in Figure 1 is obtained using a frequency f2 greater than f1.
  • the electrons favorable to the ionization of the strong states of charge are always located in the "tail" of the distribution which was slightly raised.
  • This technique involves a significant increase in the overall energy supplied to the plasma electrons by the electromagnetic wave, and raising the operating frequency quickly becomes very expensive (because of the need to use a higher power microwave generator).
  • the object of the present invention is to increase the number of energetic electrons favorable to the ionization of high charge states without resorting to an expensive increase in the frequency and the power of the microwave electromagnetic wave.
  • the present invention relates to a process for producing highly charged heavy ions.
  • This process consists in injecting a gas of atoms to be ionized into an ion source of the type "with several magnetic layers of electronic cyclotron resonance", a first fundamental magnetic layer being closed, a second harmonic magnetic sheet being open, this source comprising a microwave confinement cavity and injecting an electron beam inside the microwave confinement cavity, these electrons having an energy at least equal to the energy of the ionization threshold atoms making up the gas.
  • the energy of these electrons is in a range from three times to four times the energy of the ionization threshold of the atoms making up the gas.
  • these electrons when entering the cavity, are provided with a gyratory movement following a helix, so that these electrons emit an electromagnetic wave of frequency close to twice the resonance frequency fce substantially equal to fHF .
  • the Maxwellian distribution of the energy of the electrons confined in the cavity is enriched by the energetic electrons of the injected beam.
  • the latter increase the density of the population of electrons having the energy favorable to the ionization of the gas.
  • the ionization efficiency is improved by printing to the electrons of the beam injected a movement of gyration following a propeller.
  • the electrons then emit an electromagnetic wave (cyclotronic emission due to the gyrotron effect) in a frequency spectrum around f′ce.
  • the present invention also relates to a device for implementing the method.
  • This device comprises an ion source of the type "with several magnetic layers of electronic cyclotronic resonance".
  • This source includes a microwave confinement cavity inside which there is a magnetic field having an axial component and a radial component.
  • the source comprises a first electrode brought to a positive potential V1 and having an opening in the cavity.
  • the source is also provided, outside the cavity with a second electrode brought to a potential V2 lower than the potential V1 and pierced with an opening opposite the opening of the first electrode.
  • the second electrode is made of a material capable of being magnetized.
  • the magnetic field lines are then modified: it appears between the electrodes (outside the cavity) a sheet of magnetic field corresponding to an electronic cyclotron frequency f′ce double of fce. This layer closes the inner layer corresponding to the same frequency f′ce.
  • the potential difference V1-V2 between the electrodes allows the extraction of the ions formed inside the cavity.
  • the ions exit the cavity through the openings. In the process, electrons are torn off when peripheral ions collide with the edge of the opening in the second electrode.
  • the second electrode is made of iron, a material used when the magnetic fields present do not exceed 1 T.
  • the material capable of being magnetized is chosen from cobalt and an alloy of cobalt and iron.
  • the second electrode has the shape of a cone pierced by the opening at its pointed end.
  • the opening of the first electrode, the opening of the second electrode and the distance separating the electrodes are such that electrons traversing the distance separating the electrodes are provided with a movement of gyration following a helix so as to that these electrons emit an electromagnetic wave of frequency close to double the resonance frequency fce substantially equal to fHF.
  • the electrons are provided with a movement of gyration following a helix.
  • the presence of a radial acceleration component then produces the emission of an electromagnetic wave (gyrotron emission of electrons).
  • FIG. 2 schematically represents the distribution D of the energy of the electrons inside the microwave cavity, the energy being noted in keV. Thanks to the injection of an electron beam having an energy spectrum centered on Ei (value between three and four times the energy of the ionization threshold), the distribution is enriched without being forced to increase the electronic cyclotronic frequency of the injected wave.
  • FIG. 3A schematically represents an ion source according to the invention, seen in section and FIG. 3B the corresponding axial magnetic profile.
  • the invention uses an ion source of the "electron cyclotron resonance" (known) type and of which only the elements necessary for understanding the invention have been shown.
  • the atomic gas to be ionized is injected inside the microwave confinement cavity 10 in the direction symbolized by the arrow. There is shown inside this cavity a closed sheet of magnetic field corresponding to the electronic cyclotron frequency fce in agreement with the frequency fHF of the wave injected into the cavity 10.
  • fHF fce is equal to 10 GHz for example.
  • a second unclosed sheet of magnetic field associated with an electronic cyclotron frequency f′ce multiple of fce surrounds the closed sheet.
  • the frequency f′ce can be equal to 2fce for example.
  • the cavity 10 is provided with an electrode 12 pierced with an opening 14.
  • the electrode 12 is brought to a positive potential V1 of between 10 and 20 kV, for example.
  • the opening 14 has a diameter of 8 mm, for example.
  • the geometry of the electrode 12 is produced in a known manner so as to allow the extraction of the ions formed in the cavity 10.
  • a second electrode 16 in the form of a cone for example, is opposite the first electrode.
  • This electrode 16 is brought to a potential V2 lower than V1, zero volts for example.
  • An opening 18 is drilled in the pointed end of the cone.
  • the first electrode 12 and the second electrode 16 are separated by a distance of 40 mm for example.
  • the openings 14 and 18 are centered on the same axis which can be the axis of the cavity 10 for example.
  • the ions formed inside the cavity 10 are extracted through these openings 14 and 18 under the action of the electric field generated by the potential difference V1-V2.
  • the second electrode 16 is made of a material capable of being magnetized, preferably, of iron.
  • the opening 18 has a diameter of at least 15 mm, for example.
  • the opening 14 of the first electrode 12, the opening 18 of the second electrode 16 and the distance between the electrodes 12, 16 are adjusted so as to create a component of the B field perpendicular to the electric field generated by the potential difference V1 -V2, this in the vicinity of the second electrode 16.
  • the diameter of the opening 14 of the first electrode determines the quantity of ions which will lick the edge of the opening 18 of the second electrode 16.
  • the diameter of the opening 18 of the second electrode determines to what extent the lines of magnetic forces will flourish on the edges of the second electrode 16. It therefore determines the intensity and the location of the magnetic field gradient created in the vicinity of the second electrode. The magnetic field lines are therefore modified.
  • the electrode 16 is made of a material capable of being magnetized, the lines of force leaving the cavity 10 (magnetic leaks) terminate inevitably on the end of the electrode 16.
  • the magnetic induction B is very high just in front of the electrode 16 and between electrodes 16 and 12.
  • the magnetic induction B along the axis of the cavity, decreases and then increases, so as to form a bowl, the minimum of which is located in the center of the cavity.
  • peripheral ions extracted from the cavity 10 strike the edge of the opening 18 of the electrode 16; the latter then emits electrons which are channeled under the effect of the magnetic field and accelerated between the electrodes 16 and 12.
  • the energy communicated to these electrons allows them to strike the atoms of the gas and ionize them.
  • FIG. 4 schematically illustrates the injection of the electrons inside the cavity 10.
  • the electrons are torn from the electrode 16 and a kinetic energy is communicated to them due to the difference in potential V1-V2.
  • This energy is at least equal to the ionization threshold energy of the atoms of the gas.
  • this energy is close to Ei, energy having a value 3 to 4 times higher than the threshold energy and allowing optimal ionization.
  • the electrons are wound around the lines of magnetic forces and are accelerated in a spiral movement.
  • the electrons with a turning motion describe a straight or curved trajectory.
  • they emit an electromagnetic wave whose frequency is around 2fce. In this way the electrons are reflected on the open sheet of magnetic field associated with the frequency 2fce which forms a dynamic magnetic mirror.
  • High energy electrons can also be injected into the cavity using a simple electron gun.
  • the current of electrons must be around a hundred amperes since the electrons having no movement of gyration make only one passage in the cavity.
  • the method according to the invention makes it possible to strongly ionize atoms of a gas without having to resort to costly increases in the frequency of the injected wave.
  • the device described for the implementation of the method and compared to the known RCE sources, only the external electrode has been modified, the electrons injected into the cavity coming from the shocks occurring between the peripheral ions of the beam extracted from the source and the edges of this electrode.

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Abstract

Process for producing ions using an ion source of the type with "several magnetic layers of electron cyclotron resonance" in which an electron beam is injected into the hyperfrequency cavity (10) of the ion source, these electrons possessing energy at least equal to the ionisation threshold energy of the atoms to be ionised; preferably, this energy lies between three and four times the energy of this ionisation threshold. <IMAGE>

Description

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif utilisant une source de type à résonance cyclotronique électronique pour la production d'ions lourds fortement chargés.The subject of the present invention is a method and a device using a source of electronic cyclotron resonance type for the production of highly charged heavy ions.

On entend par atomes lourds, des atomes qui comprennent plusieurs électrons ; les ions formés à partir de ces atomes sont utilisés notamment en physique atomique et nucléaire.Heavy atoms are understood to mean atoms which include several electrons; the ions formed from these atoms are used in particular in atomic and nuclear physics.

On sait que l'obtention d'ions peut s'effectuer à partir d'un gaz ou d'une vapeur métallique dont les atomes neutres sont ionisés par impacts d'électrons énergétiques.It is known that the obtaining of ions can be carried out from a gas or a metallic vapor whose neutral atoms are ionized by impacts of energetic electrons.

Pour cela, on connaît un procédé, décrit dans le brevet FR-A-2 475 798, utilisant la résonance cyclotronique électronique (notée par la suite en abrégé RCE). Le gaz d'atomes neutres à ioniser est introduit dans une cavité hyperfréquence excitée par au moins une onde électromagnétique de haute fréquence fHF (de l'ordre de la dizaine de gigahertz et plus). Le champ électromagnétique de l'onde est alors associé à un champ magnétique ayant une composante axiale et une composante radiale.For this, a method is known, described in patent FR-A-2 475 798, using electronic cyclotron resonance (hereinafter abbreviated as RCE). The gas of neutral atoms to be ionized is introduced into a microwave cavity excited by at least one electromagnetic wave of high frequency fHF (of the order of ten gigahertz and more). The electromagnetic field of the wave is then associated with a magnetic field having an axial component and a radial component.

L'amplitude du champ magnétique résultant est choisie de maniére telle que la fréquence cyclotronique électronique fce, associée à ce champ magnétique fce = eB/2πm où e est la charge de l'électron, m sa masse et B l'amplitude de l'induction magnétique) puisse égaler la fréquence du champ électromagnétique de l'onde hyperfréquence injectée dans la cavité. On réalise ainsi la condition de résonance cyclotronique électronique fce = fHF.The amplitude of the resulting magnetic field is chosen such that the electronic cyclotronic frequency fce, associated with this magnetic field fce = eB / 2πm where e is the charge of the electron, m its mass and B the amplitude of the magnetic induction) can equal the frequency of the electromagnetic field of the microwave wave injected into the cavity. The condition of electronic cyclotron resonance fce = fHF is thus achieved.

La composante axiale est à symétrie de révolution et présente un gradient selon un axe traversant la cavité. Le champ magnétique est réglé de façon telle qu'il existe dans la cavité au moins une nappe magnétique complétement fermée et n'ayant aucun contact avec les parois de la cavité. Sur cette nappe magnétique, la condition de résonance cyclotronique électronique fce = fHF est partout satisfaite de manière à obtenir une ionisation du gaz la traversant.The axial component has symmetry of revolution and has a gradient along an axis crossing the cavity. The magnetic field is adjusted so that there is in the cavity at least one completely closed magnetic sheet and having no contact with the walls of the cavity. On this magnetic sheet, the condition of electronic cyclotronic resonance fce = fHF is everywhere satisfied so as to obtain an ionization of the gas passing through it.

Les électrons présents dans la cavité et ramenés dans la partie centrale par interaction avec le champ magnétique, bombardent les atomes neutres à de nombreuses reprises ; les ions formés sont aussi confinés dans la partie centrale de la cavité par le champ magnétique.The electrons present in the cavity and brought back in the central part by interaction with the magnetic field, bombard the neutral atoms on numerous occasions; the ions formed are also confined in the central part of the cavity by the magnetic field.

De cette maniére, la densité d'atomes neutres au centre de la cavité est abaissée, ce qui diminue les effets de recombinaison.In this way, the density of neutral atoms in the center of the cavity is lowered, which reduces the effects of recombination.

Les ions formés sont extraits de la cavité par l'effet d'un champ électrique obtenu en maintenant une différence de potentiel entre deux électrodes. Ces électrodes sont accolées à la cavité et percées d'une ouverture permettant le passage des ions. Un circuit de pompage assure l'évacuation des atomes neutres résiduels en continu. Ces électrodes sont fabriquées en matériau ne pouvant être aimanté (généralement en inox) de manière à ne pas perturber la distribution de champ magnétique à l'intérieur de la cavité.The ions formed are extracted from the cavity by the effect of an electric field obtained by maintaining a potential difference between two electrodes. These electrodes are attached to the cavity and pierced with an opening allowing the passage of ions. A pumping circuit ensures the evacuation of the residual neutral atoms continuously. These electrodes are made of material that cannot be magnetized (generally stainless steel) so as not to disturb the distribution of magnetic field inside the cavity.

L'article "source d'ions lourds CAPRICE 10 Ghz 2 wce", publié dans la revue Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A269 (1988) 1-6, écrit par B. Jacquot et al. enseigne qu'une seconde nappe magnétique fermée ou non peut englober la première nappe. Sur cette seconde nappe la fréquence cyclotronique électronique est égale à 2fce.The article "source of heavy ions CAPRICE 10 Ghz 2 wce", published in the journal Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A269 (1988) 1-6, written by B. Jacquot et al. teaches that a second magnetic sheet, closed or not, can include the first tablecloth. On this second layer the electronic cyclotron frequency is equal to 2fce.

La nappe fermée permet l'ionisation du gaz et la seconde favorise le confinement du plasma d'ions et d'électrons.The closed sheet allows the ionization of the gas and the second favors the confinement of the plasma of ions and electrons.

Dans les sources produisant des ions par RCE, des électrons créés par une ionisation préliminaire bombardent énergiquement les atomes du gaz introduit dans la cavité hyperfréquence.In sources producing ions by RCE, electrons created by a preliminary ionization vigorously bombard the atoms of the gas introduced into the microwave cavity.

Ces électrons, chauffés lors d'un processus de chauffage stochastique ont unt énergie répartie suivant une distribution de Maxwell (distribution en cloche dissymétrique).These electrons, heated during a stochastic heating process, have an energy distributed according to a Maxwell distribution (asymmetric bell distribution).

La figure 1 représente approximativement une distribution de Maxwell. Les abscisses représentent les énergies des populations d'électrons notées en keV. Les ordonnées représentent la distribution D de la densité électronique H.Figure 1 shows an approximate Maxwell distribution. The abscissas represent the energies of the electron populations noted in keV. The ordinates represent the distribution D of the electron density H.

La courbe en cloche dissymétrique en trait plein représente la distribution énergétique obtenue avec une excitation électromagnétique f1 (de l'ordre de 10 GHz).The asymmetrical bell curve in solid lines represents the energy distribution obtained with an electromagnetic excitation f1 (of the order of 10 GHz).

La courbe passe par un maximum pour une valeur Eo de faible énergie électronique.The curve passes through a maximum for an Eo value of low electronic energy.

On sait que l'ionisation optimale des atomes d'un gas est obtenue pour une valeur de l'énergie électronique Ei trois à quatre fois plus importante que l'énergie correspondant au seuil d'ionisation de ces atomes. Cette valeur Ei de l'énergie se situe généralement dans la "queue" énergétique de la distribution. Les électrons favorables à l'ionisation des forts états de charge sont répartis dans la zone hachurée sur la figure 1, zone centrée sur Ei. Par conséquent, très peu d'électrons contribuent au processus d'ionisation des forts états de charge.We know that the optimal ionization of the atoms of a gas is obtained for a value of the electronic energy Ei three to four times greater than the energy corresponding to the threshold of ionization of these atoms. This energy value Ei is generally located in the energy "tail" of the distribution. The electrons favorable to the ionization of the strong states of charge are distributed in the hatched zone on figure 1, zone centered on Ei. Consequently, very few electrons contribute to the ionization process of the high charge states.

L'article "The upgrading of the multiplied charged heavy-ion source minimafios" publié dans la revue Nuclear instruments and methods in physics research A243 (1986) 244-254, écrit par R. Geller et al. enseigne un procédé pour augmenter la densité électronique globale. Il suffit pour cela d'augmenter la fréquence de l'onde électromagnétique. Bien entendu, on doit augmenter la fréquence cyclotronique fce (c'est-à-dire augmenter le champ magnétique) pour conserver l'accord avec la fréquence de l'onde électromagnétique injectée.The article "The upgrading of the multiplied charged heavy-ion source minimafios" published in the journal Nuclear instruments and methods in physics research A243 (1986) 244-254, written by R. Geller et al. teaches a method to increase the overall electronic density. It suffices to increase the frequency of the electromagnetic wave. Of course, the cyclotronic frequency fce must be increased (that is to say increase the magnetic field) in order to keep the agreement with the frequency of the injected electromagnetic wave.

On obtient la courbe tiretée de la figure 1 en utilisant une fréquence f2 supérieure à f1. Les électrons favorables à l'ionisation des forts états de charge se situent toujours dans la "queue" de la distribution qui a été légèrement relevée.The dashed curve in Figure 1 is obtained using a frequency f2 greater than f1. The electrons favorable to the ionization of the strong states of charge are always located in the "tail" of the distribution which was slightly raised.

Cette technique implique une augmentation importante de l'énergie globale fournie aux électrons du plasma par l'onde électromagnétique, et élever la fréquence de fonctionnement devient rapidement très onéreux (à cause de la nécessité d'utiliser un générateur hyperfréquence de plus forte puissance).This technique involves a significant increase in the overall energy supplied to the plasma electrons by the electromagnetic wave, and raising the operating frequency quickly becomes very expensive (because of the need to use a higher power microwave generator).

Le but de la présente invention est d'augmenter le nombre d'électrons énergétiques favorables à l'ionisation des forts états de charge sans recourir à une augmentation onéreuse de la fréquence et de la puissance de l'onde électromagnétique hyperfréquence.The object of the present invention is to increase the number of energetic electrons favorable to the ionization of high charge states without resorting to an expensive increase in the frequency and the power of the microwave electromagnetic wave.

De façon précise, la présente invention concerne un procédé de production d'ions lourds fortement chargés. Ce procédé consiste à injecter un gaz d'atomes à ioniser dans une source d'ions de type "à plusieurs nappes magnétiques de résonance cyclotronique électronique", une première nappe magnétique fondamentale étant fermée, une seconde nappe magnétique harmonique étant ouverte, cette source comprenant une cavité hyperfréquence de confinement et à injecter un faisceau d'électrons à l'intérieur de la cavité hyperfréquence de confinement, ces électrons possédant une énergie au moins égale à l'énergie du seuil d'ionisation des atomes composant le gaz.Specifically, the present invention relates to a process for producing highly charged heavy ions. This process consists in injecting a gas of atoms to be ionized into an ion source of the type "with several magnetic layers of electronic cyclotron resonance", a first fundamental magnetic layer being closed, a second harmonic magnetic sheet being open, this source comprising a microwave confinement cavity and injecting an electron beam inside the microwave confinement cavity, these electrons having an energy at least equal to the energy of the ionization threshold atoms making up the gas.

Selon une variante préférée, l'énergie de ces électrons est comprise dans une gamme allant de trois fois à quatre fois l'énergie du seuil d'ionisation des atomes composant le gaz.According to a preferred variant, the energy of these electrons is in a range from three times to four times the energy of the ionization threshold of the atoms making up the gas.

Selon une variante préférée, en pénétrant dans la cavité, ces électrons sont dotés d'un mouvement de giration suivant une hélice, de manière telle que ces électrons émettent und onde électromagnétique de fréquence voisine du double de la fréquence de résonance fce sensiblement égale à fHF.According to a preferred variant, when entering the cavity, these electrons are provided with a gyratory movement following a helix, so that these electrons emit an electromagnetic wave of frequency close to twice the resonance frequency fce substantially equal to fHF .

La distribution maxwellienne de l'énergie des électrons confinés dans la cavité est enrichie par les électrons énergétiques du faisceau injecté. Ces derniers augmentent la densité de la population d'électrons possédant l'énergie favorable à l'ionisation du gaz.The Maxwellian distribution of the energy of the electrons confined in the cavity is enriched by the energetic electrons of the injected beam. The latter increase the density of the population of electrons having the energy favorable to the ionization of the gas.

De plus, dans le cas où règne à l'intérieur de la cavité une nappe ouverte de champ magnétique correspondant à une fréquence cyclotronique f′ce double de la fréquence de résonance fce = fHF, le rendement d'ionisation est amélioré en imprimant aux électrons du faisceau injecté un mouvement de giration suivant une hélice. Les électrons émettent alors une onde électromagnétique (émission cyclotronique due à l'effet gyrotron) dans un spectre de fréquences avoisinant f′ce.In addition, in the case where there reigns inside the cavity an open sheet of magnetic field corresponding to a cyclotronic frequency f′ce double the resonance frequency fce = fHF, the ionization efficiency is improved by printing to the electrons of the beam injected a movement of gyration following a propeller. The electrons then emit an electromagnetic wave (cyclotronic emission due to the gyrotron effect) in a frequency spectrum around f′ce.

De cette manière, les électrons du faisceau injecté se réfléchissent sur la nappe ouverte de champ magnétique ; par conséquent le nombre de collisions ionisantes augmente grâce à un meilleur confinement.In this way, the electrons of the injected beam are reflected on the open sheet of magnetic field ; consequently the number of ionizing collisions increases thanks to better confinement.

La présente invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Ce dispositif comprend une source d'ions de type "à plusieurs nappes magnétiques de résonance cyclotronique électronique". Cette source comporte une cavité hyperfréquence de confinement à l'intérieur de laquelle règne un champ magnétique ayant une composante axiale et une composante radiale. Ce champ magnétique est réparti dans la cavité de manière à former une nappe fermée de champ magnétique correspondant à une fréquence cyclotronique électronique fce et une nappe non fermée de champ magnétique correspondant à une fréquence cyclotronique électronique f′ce double de fce et correspondant à la seconde harmonique de la fréquence de résonance fce = fHF.The present invention also relates to a device for implementing the method. This device comprises an ion source of the type "with several magnetic layers of electronic cyclotronic resonance". This source includes a microwave confinement cavity inside which there is a magnetic field having an axial component and a radial component. This magnetic field is distributed in the cavity so as to form a closed sheet of magnetic field corresponding to an electronic cyclotron frequency fce and an unclosed sheet of magnetic field corresponding to an electronic cyclotron frequency f′ce double of fce and corresponding to the second harmonic of the resonance frequency fce = fHF.

La source comprend une première électrode portée à un potentiel V1 positif et possèdant une ouverture dans la cavité. La source est aussi munie, à l'extérieur de la cavité d'une seconde électrode portée à un potentiel V2 inférieur au potentiel V1 et percée d'une ouverture en regard de l'ouverture de la première électrode. La seconde électrode est en matériau apte à être aimanté.The source comprises a first electrode brought to a positive potential V1 and having an opening in the cavity. The source is also provided, outside the cavity with a second electrode brought to a potential V2 lower than the potential V1 and pierced with an opening opposite the opening of the first electrode. The second electrode is made of a material capable of being magnetized.

Les lignes de champ magnétique sont alors modifiées : il apparaît entre les électrodes (à l'extérieur de la cavité) une nappe de champ magnétique correspondant à une fréquence cyclotronique électronique f′ce double de fce. Cette nappe ferme la nappe intérieure correspondant à la même fréquence f′ce.The magnetic field lines are then modified: it appears between the electrodes (outside the cavity) a sheet of magnetic field corresponding to an electronic cyclotron frequency f′ce double of fce. This layer closes the inner layer corresponding to the same frequency f′ce.

La différence de potentiel V1-V2 entre les électrodes permet l'extraction des ions formés à l'intérieur de la cavité. Les ions sortent de la cavité par les ouvertures. Au passage, des électrons sont arrachés lorsque des ions périphériques entrent en collision avec le bord de l'ouverture ménagée dans la seconde électrode.The potential difference V1-V2 between the electrodes allows the extraction of the ions formed inside the cavity. The ions exit the cavity through the openings. In the process, electrons are torn off when peripheral ions collide with the edge of the opening in the second electrode.

Ces électrons sont canalisés par les lignes de champ magnétique et accélérés par la différence de potentiel V1-V2. Ils sont injectés de cette manière à l'intérieur de la cavité.These electrons are channeled by the magnetic field lines and accelerated by the potential difference V1-V2. They are injected in this way inside the cavity.

De manière préférée, la seconde électrode est en fer, matériau utilisé lorsque les champs magnétiques en présence ne dépasent pas 1 T.Preferably, the second electrode is made of iron, a material used when the magnetic fields present do not exceed 1 T.

Pour des champs magnétiques plus intenses, le matériau apte à être aimanté est choisi parmi le cobalt et un alliage de cobalt et de fer.For more intense magnetic fields, the material capable of being magnetized is chosen from cobalt and an alloy of cobalt and iron.

De manière préférée, la seconde électrode a la forme d'un cône percé par l'ouverture en son extrémité pointue.Preferably, the second electrode has the shape of a cone pierced by the opening at its pointed end.

De manière préférée, l'ouverture de la première électrode, l'ouverture de la second électrode et la distance séparant les électrodes sont telles que des électrons parcourant la distance séparant les électrodes soient dotés d'un mouvement de giration suivant unt hélice de manière à ce que ces électrons émettent und onde élecromagnétique de fréquence voisine du double de la fréquence de résonance fce sensiblement égale à fHF.Preferably, the opening of the first electrode, the opening of the second electrode and the distance separating the electrodes are such that electrons traversing the distance separating the electrodes are provided with a movement of gyration following a helix so as to that these electrons emit an electromagnetic wave of frequency close to double the resonance frequency fce substantially equal to fHF.

Ces paramètres sont ajustés de manière à faire apparaître au voisinage de la seconde électrode en matériau apte à être aimanté une composante du champ magnétique perpendiculaire au champ électrique issu de la différence de potentiel V1-V2 appliquée aux électrodes. Ainsi, les électrons sont dotés d'un mouvement de giration suivant une hélice. La présence d'une composante d'accélération radiale produit alors l'émission d'une onde électromagnétique (émission gyrotron des électrons).These parameters are adjusted so as to cause a component of the magnetic field perpendicular to the electric field coming from the potential difference V1-V2 applied to the electrodes to appear in the vicinity of the second electrode made of material capable of being magnetized. Thus, the electrons are provided with a movement of gyration following a helix. The presence of a radial acceleration component then produces the emission of an electromagnetic wave (gyrotron emission of electrons).

D'autre part, avant de subir de multiples réflexions à l'intérieur de la cavité, ces électrons suivent une trajectoire rectiligne ou courbe.On the other hand, before undergoing multiple reflections inside the cavity, these electrons follow a straight or curved trajectory.

Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la description qui suit donnée à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère aux dessins annexés dans lesquels :

  • - la figure 1, déjà décrite, représente schématiquement la distribution de l'énergie des électrons à l'intérieur d'une source d'ions selon l'art antérieur,
  • - la figure 2 représente schématiquement la distribution de l'énergie des électrons à l'intérieur d'une source d'ions conforme à l'invention,
  • - les figures 3A et 3B représentent schématiquement une source d'ions selon l'invention, vue en coupe, et le profil magnétique axial régnant dans cette source,
  • - la figure 4 représente schématiquement une source d'ions suivant l'invention, vue en coupe, avec les trajectoires des électrons injectés dans la cavité hyperfréquence.
The characteristics and advantages of the invention will appear better after the description which follows, given by way of explanation and in no way limiting. This description refers to the attached drawings in which:
  • FIG. 1, already described, schematically represents the distribution of the energy of the electrons inside an ion source according to the prior art,
  • FIG. 2 schematically represents the distribution of the energy of the electrons inside an ion source according to the invention,
  • FIGS. 3A and 3B schematically represent an ion source according to the invention, seen in section, and the axial magnetic profile prevailing in this source,
  • - Figure 4 shows schematically an ion source according to the invention, seen in section, with the trajectories of the electrons injected into the microwave cavity.

La figure 2 représente schématiquement la distribution D de l'énergie des électrons à l'intérieur de la cavité hyperfréquence, l'énergie étant notée en keV. Grâce à l'injection d'un faisceau d'électrons présentant un spectre d'énergie centré sur Ei (valeur comprise entre trois et quatre fois l'énergie du seuil d'ionisation), la distribution est enrichie sans que l'on soit obligé d'élever la fréquence cyclotronique élecronique de l'onde injectée.FIG. 2 schematically represents the distribution D of the energy of the electrons inside the microwave cavity, the energy being noted in keV. Thanks to the injection of an electron beam having an energy spectrum centered on Ei (value between three and four times the energy of the ionization threshold), the distribution is enriched without being forced to increase the electronic cyclotronic frequency of the injected wave.

La figure 3A représente schématiquement une source d'ions selon l'invention, vue en coupe et la figure 3B le profil magnétique axial lui correspondant.FIG. 3A schematically represents an ion source according to the invention, seen in section and FIG. 3B the corresponding axial magnetic profile.

L'invention utilise une source d'ions de type "à résonance cyclotronique élecronique" (RCE) connue et dont on n'a représenté que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention.The invention uses an ion source of the "electron cyclotron resonance" (known) type and of which only the elements necessary for understanding the invention have been shown.

Le gaz d'atomes à ioniser est injecté à l'intérieur de la cavité hyperfréquence de confinement 10 dans le sens symbolisé par la flèche. On a représenté à l'intérieur de cette cavité une nappe fermée de champ magnétique correspondant à la fréquence cyclotronique électronique fce en accord avec la fréquence fHF de l'onde injectée dans la cavité 10. fHF = fce est égale à 10 GHz par exemple. Une seconde nappe non fermée de champ magnétique associé à une fréquence cyclotronique électronique f′ce multiple de fce entoure la nappe fermée.The atomic gas to be ionized is injected inside the microwave confinement cavity 10 in the direction symbolized by the arrow. There is shown inside this cavity a closed sheet of magnetic field corresponding to the electronic cyclotron frequency fce in agreement with the frequency fHF of the wave injected into the cavity 10. fHF = fce is equal to 10 GHz for example. A second unclosed sheet of magnetic field associated with an electronic cyclotron frequency f′ce multiple of fce surrounds the closed sheet.

La fréquence f′ce peut être égale à 2fce par exemple.The frequency f′ce can be equal to 2fce for example.

A une autre extrémité, la cavité 10 est munie d'une électrode 12 percée d'une ouverture 14. L'électrode 12 est portée à un potentiel V1 positif compris entre 10 et 20 kV, par exemple. L'ouverture 14 présente un diamètre de 8 mm, par exemple.At another end, the cavity 10 is provided with an electrode 12 pierced with an opening 14. The electrode 12 is brought to a positive potential V1 of between 10 and 20 kV, for example. The opening 14 has a diameter of 8 mm, for example.

La géométrie de l'électrode 12 est réalisée de façon connue de manière à permettre l'extraction des ions formés dans la cavité 10.The geometry of the electrode 12 is produced in a known manner so as to allow the extraction of the ions formed in the cavity 10.

A l'extérieur de la cavité 10, une seconde électrode 16 en forme de cône par exemple, est en regard de la première électrode. Cette électrode 16 est portée à un potentiel V2 inférieur à V1, zéro volt par exemple. Une ouverture 18 est percée dans l'extrémité pointue du cône. La première électrode 12 et la seconde électrode 16 sont séparées par une distance de 40 mm par exemple.Outside the cavity 10, a second electrode 16 in the form of a cone for example, is opposite the first electrode. This electrode 16 is brought to a potential V2 lower than V1, zero volts for example. An opening 18 is drilled in the pointed end of the cone. The first electrode 12 and the second electrode 16 are separated by a distance of 40 mm for example.

Les ouvertures 14 et 18 sont centrées sur un même axe qui peut être l'axe de la cavité 10 par exemple.The openings 14 and 18 are centered on the same axis which can be the axis of the cavity 10 for example.

Les ions formés à l'intérieur de la cavité 10 sont extraits par ces ouvertures 14 et 18 sous l'action du champ électrique engendré par la différence de potentiel V1-V2.The ions formed inside the cavity 10 are extracted through these openings 14 and 18 under the action of the electric field generated by the potential difference V1-V2.

Selon l'invention, la seconde électrode 16 est en matériau apte à être aimanté, préférentiellement, du fer.According to the invention, the second electrode 16 is made of a material capable of being magnetized, preferably, of iron.

L'ouverture 18 présente un diamètre d'au moins 15 mm, par exemple.The opening 18 has a diameter of at least 15 mm, for example.

L'ouverture 14 de la première électrode 12, l'ouverture 18 de la seconde électrode 16 et la distance entre les électrodes 12, 16 sont ajustées de manière à créer une composante du champ B perpendiculaire au champ électrique engendré par la différence de potentiel V1-V2, ceci au voisinage de la seconde électrode 16.The opening 14 of the first electrode 12, the opening 18 of the second electrode 16 and the distance between the electrodes 12, 16 are adjusted so as to create a component of the B field perpendicular to the electric field generated by the potential difference V1 -V2, this in the vicinity of the second electrode 16.

Le diamètre de l'ouverture 14 de la première électrode détermine la quantité d'ions qui va lécher le bord de l'ouverture 18 de la seconde électrode 16.The diameter of the opening 14 of the first electrode determines the quantity of ions which will lick the edge of the opening 18 of the second electrode 16.

Le diamètre de l'ouverture 18 de la seconde électrode détermine dans quelle mesure les lignes de forces magnétiques vont s'épanouir sur les bords de la seconde électrode 16. Il détermine donc l'intensité et la localisation du gradient de champ magnétique créé au voisinage de la seconde électrode. Les lignes de champ magnétique sont donc modifiées.The diameter of the opening 18 of the second electrode determines to what extent the lines of magnetic forces will flourish on the edges of the second electrode 16. It therefore determines the intensity and the location of the magnetic field gradient created in the vicinity of the second electrode. The magnetic field lines are therefore modified.

En effet, l'électrode 16 étant en matériau apte à être aimanté, les lignes de forces sortant de la cavité 10 (fuites magnétiques) aboutissent inévitablement sur l'extrémité de l'électrode 16. Ainsi, comme on peut le voir sur la figure 3B, et grâce au diamètre correctement choisi de l'ouverture 18, l'induction magnétique B est très élevée juste devant l'électrode 16 et entre les électrodes 16 et 12.Indeed, since the electrode 16 is made of a material capable of being magnetized, the lines of force leaving the cavity 10 (magnetic leaks) terminate inevitably on the end of the electrode 16. Thus, as can be seen in FIG. 3B, and thanks to the correctly chosen diameter of the opening 18, the magnetic induction B is very high just in front of the electrode 16 and between electrodes 16 and 12.

On voit encore sur la figure 3B que l'induction magnétique B, le long de l'axe de la cavité, présente une décroissance puis croît, de manière à former une cuvette dont le minimum se situe au centre de la cavité.It can also be seen in FIG. 3B that the magnetic induction B, along the axis of the cavity, decreases and then increases, so as to form a bowl, the minimum of which is located in the center of the cavity.

Les ions périphériques extraits de la cavité 10 viennent frapper le bord de l'ouverture 18 de l'électrode 16 ; cette dernière émet alors des électrons qui sont canalisés sous l'effet du champ magnétique et accélérés entre les électrodes 16 et 12. L'énergie communiquée à ces électrons leur permet de venir frapper les atomes du gaz et de les ioniser.The peripheral ions extracted from the cavity 10 strike the edge of the opening 18 of the electrode 16; the latter then emits electrons which are channeled under the effect of the magnetic field and accelerated between the electrodes 16 and 12. The energy communicated to these electrons allows them to strike the atoms of the gas and ionize them.

La figure 4 illustre schématiquement l'injection des électrons à l'intérieur de la cavité 10. Les électrons sont arrachés de l'électrode 16 et il leur est communiqué une énergie cinétique due à la différence de potentiel V1-V2. Cette énergie est au minimum égale à l'énergie de seuil d'ionisation des atomes du gaz. Préférentiellement, cette énergie avoisine Ei, énergie ayant une valeur 3 à 4 fois plus élevée que l'énergie de seuil et permettant l'ionisation optimale.FIG. 4 schematically illustrates the injection of the electrons inside the cavity 10. The electrons are torn from the electrode 16 and a kinetic energy is communicated to them due to the difference in potential V1-V2. This energy is at least equal to the ionization threshold energy of the atoms of the gas. Preferably, this energy is close to Ei, energy having a value 3 to 4 times higher than the threshold energy and allowing optimal ionization.

Les électrons s'enroulent autour des lignes de forces magnétiques et sont accélérés dans un mouvement de spirale. Les électrons animés d'un mouvement de giration décrivent une trajectoire rectiligne ou courbe. En même temps, ils émettent une onde électromagnétique dont la fréquence avoisine 2fce. De cette manière les électrons sont réfléchis sur la nappe ouverte de champ magnétique associé à la fréquence 2fce qui forme un miroir magnétique dynamique.The electrons are wound around the lines of magnetic forces and are accelerated in a spiral movement. The electrons with a turning motion describe a straight or curved trajectory. At the same time, they emit an electromagnetic wave whose frequency is around 2fce. In this way the electrons are reflected on the open sheet of magnetic field associated with the frequency 2fce which forms a dynamic magnetic mirror.

Les réflexions multiples sur cette nappe multiplient par un facteur d'environ 1000 l'intensité du courant d'électrons issu de l'électrode 16. Sans cela, le dispositif décrit dans cet exemple de réalisation ne fonctionnerait pas : le courant des électrons injectés ne dépasse pas quelques milliampères, ce qui est insuffisant pour obtenir une ionisation significative des atomes.The multiple reflections on this sheet multiply by a factor of around 1000 the intensity of the electron current from the electrode 16. Without this, the device described in this embodiment would not work: the current of the injected electrons does not not exceed a few milliamps, which is insufficient to obtain a significant ionization of the atoms.

Mais bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite nullement à cet exemple de réalisation plus spécialement décrit et représenté ; elle admet au contraire toutes les variantes. En particulier, des électrons possédant la bonne énergie (de l'ordre de trois à quatre fois l'énergie du seuil d'ionisation des atomes) et dotés d'un mouvement de giration peuvent être injectés à l'aide d'un gyrotron, canon à électrons imprimant des trajectoires en hélice.But of course, it goes without saying that the invention is in no way limited to this embodiment more specifically described and shown; on the contrary, it accepts all variants. In particular, electrons with the right energy (on the order of three to four times the energy of the ionization threshold of atoms) and endowed with a gyration movement can be injected using a gyrotron, electron gun printing helical trajectories.

On peut aussi injecter des électrons de forte énergie dans la cavité à l'aide d'un simple canon à électrons. Dans ce cas, le courant d'électrons doit avoisiner une centaine d'ampères puisque les électrons n'ayant pas de mouvement de giration ne font qu'un seul passage dans la cavité.High energy electrons can also be injected into the cavity using a simple electron gun. In this case, the current of electrons must be around a hundred amperes since the electrons having no movement of gyration make only one passage in the cavity.

Le procédé selon l'invention permet d'ioniser fortement des atomes d'un gaz sans avoir recours à des élévations coûteuses de la fréquence de l'onde injectée. Dans le dispositif décrit pour la mise en oeuvre du procédé, et par rapport aux sources RCE connues, seule l'électrode extérieure a été modifiée, les électrons injectés dans la cavité provenant des chocs survenant entre les ions périphériques du faisceau extrait de la source et les bords de cette électrode.The method according to the invention makes it possible to strongly ionize atoms of a gas without having to resort to costly increases in the frequency of the injected wave. In the device described for the implementation of the method, and compared to the known RCE sources, only the external electrode has been modified, the electrons injected into the cavity coming from the shocks occurring between the peripheral ions of the beam extracted from the source and the edges of this electrode.

Claims (10)

1. Procédé de production d'ions utilisant une source d'ions de type "à plusieurs nappes magnétiques de résonance cyclotronique électronique", une première nappe magnétique fondamentale étant fermée, une seconde nappe magnétique harmonique étant ouverte, cette source comprenant une cavité hyperfréquence de confinement (10) dans laquelle on injecte un gaz d'atomes à ioniser, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter un faisceau d'électrons à l'intérieur de ladite cavité hyperfréquence de confinement (10), ces électrons possédant une énergie au moins égale à l'énergie du seuil d'ionisation des atomes composant le gaz.1. A method of producing ions using an ion source of the type "with several magnetic layers of electronic cyclotronic resonance", a first fundamental magnetic layer being closed, a second harmonic magnetic layer being open, this source comprising a microwave cavity of confinement (10) in which a gas of atoms to be ionized is injected, characterized in that it consists in injecting an electron beam inside said microwave confinement cavity (10), these electrons having an energy at less equal to the energy of the ionization threshold of the atoms making up the gas. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'énergie des électrons dudit faisceau d'électrons est comprise entre trois et quatre fois l'énergie correspondant au seuil d'ionisation des atomes composant le gaz.2. Method according to claim 1, characterized in that the energy of the electrons of said electron beam is between three and four times the energy corresponding to the ionization threshold of the atoms making up the gas. 3. Procédé selon la revendication 1, une nappe ouverte de champ magnétique correspondant à une fréquence cyclotronique électronique f′ce double de la fréquence cyclotronique électronique fce en accord avec la fréquence fHF d'une onde injectée dans la cavité hyperfréquence, caractérisé en ce que les électrons dudit faisceau d'électrons sont dotés en pénétrant dans la cavité (10), d'un mouvement de giration suivant une hélice, de manière à ce que ces électrons émettent une onde électromagnétique de fréquence coisine du double de la fréquence de résonance fce.3. Method according to claim 1, an open sheet of magnetic field corresponding to an electronic cyclotron frequency f′ce twice the electronic cyclotron frequency fce in agreement with the frequency fHF of a wave injected into the microwave cavity, characterized in that the electrons of said electron beam are provided by penetrating into the cavity (10), with a gyration movement following a helix, so that these electrons emit an electromagnetic wave of frequency close to double the resonance frequency fce . 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, une nappe non fermée de champ magnétique étant associée à une fréquence cyclotronique f′ce double de la fréquence de résonance fce, ladite source d'ions de type "à plusieurs nappes magnétiques de résonance cyclotronique électronique" possédant une première électrode (12) portée à un potentiel V1 positif, percée d'une ouverture (14) et une seconde électrode (16) portée à un potentiel V2 inférieur à V1, percée d'une ouverture (18) en regard de l'ouverture (14) de la première électrode (12), caractérisé en ce que la seconde électrode (16) est en matériau apte à être aimanté.4. Device for implementing the method according to any one of claims 1 to 3, an unclosed sheet of magnetic field being associated with a cyclotron frequency f′ce double of the resonance frequency fce, said ion source of the type "with several magnetic layers of electronic cyclotronic resonance" having a first electrode (12) brought to a positive potential V1, pierced with an opening (14) and a second electrode (16) brought to a potential V2 lower than V1, pierced with an opening (18) opposite the opening (14) of the first electrode (12), characterized in that the second electrode (16) is made of material suitable for being magnetized. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit matériau apte à être aimanté est du fer.5. Device according to claim 4, characterized in that said material capable of being magnetized is iron. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit matériau apte à être aimanté est choisi parmi le cobalt et un alliage de cobalt et de fer.6. Device according to claim 4, characterized in that said material capable of being magnetized is chosen from cobalt and an alloy of cobalt and iron. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ouverture (14) de la première électrode (12), l'ouverture (18) de la seconde électrode (16) et la distance séparant les électrodes (12, 16) sont telles que des électrons parcourant la distance séparant les électrodes (12, 16) soient dotés d'un mouvement de giration suivant une hélice, de manière à ce que ces électrons émettent une onde électromagnétique de fréquence voisine du double de la fréquence de résonance fce.7. Device according to claim 4, characterized in that the opening (14) of the first electrode (12), the opening (18) of the second electrode (16) and the distance separating the electrodes (12, 16) are such that electrons traversing the distance separating the electrodes (12, 16) are provided with a movement of gyration following a helix, so that these electrons emit an electromagnetic wave of frequency close to double the resonance frequency fce . 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde électrode (16) a la forme d'un cône percé en son extrémité pointue par l'ouverture (18) de la seconde électrode.8. Device according to claim 4, characterized in that the second electrode (16) has the shape of a cone pierced at its pointed end by the opening (18) of the second electrode. 9. Dispositif selon la revendication 4, caracérisé en ce que la fréquence fHF = fce étant d'environ 10 GHz, l'ouverture (14) de la première électrode (12) présente un diamètre de 8 mm, l'ouverture (18) de la seconde électrode (14) présentant un diamètre de 15 mm, la distance entre les électrodes (12, 16) étant de 40 mm.9. Device according to claim 4, characterized in that the frequency fHF = fce being around 10 GHz, the opening (14) of the first electrode (12) has a diameter of 8 mm, the opening (18) of the second electrode (14) having a diameter of 15 mm, the distance between the electrodes (12, 16) being 40 mm. 10. Dispositif selon la revendication 4, caracérisé en ce que le potentiel V2 est égal à zéro et en ce que le potentiel V1 est compris dans une gamme allant de 10 à 20 kV.10. Device according to claim 4, characterized in that the potential V2 is equal to zero and in that the potential V1 is included in a range from 10 to 20 kV.
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