FR2518804A1 - Source d'ions a forte intensite - Google Patents

Abstract

A.SOURCE D'IONS A FORTE INTENSITE. B.SOURCE D'IONS A HAUTE INTENSITE DESTINEE A PRODUIRE DES FAISCEAUX IONIQUES A PARTIR DE GAZ ET EN PARTICULIER DE SUBSTANCES NON VOLATILES, CARACTERISEE EN CE QU'UNE CHAMBRE DE FOUR A CATHODE 1 PRODUISANT LA VAPEUR A IONISER, UN CORPS SOURCE PRINCIPALE 2 IONISANT LA VAPEUR ET UNE UNITE D'EXTRACTION 3 EVACUANT LES IONS, SONT CHACUN CONCUS COMME UN MODULE UNIQUE; QUE LA PUISSANCE DE CHAUFFAGE P DE LA CHAMBRE DE FOUR 5, LA PUISSANCE DE CATHODE P DU CONDUCTEUR INTERNE DE CATHODE 13 ET LA PUISSANCE DE DECHARGE DE L'ESPACE DE DECHARGE 51 SONT DECOUPLEES PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN TUYAU DE FOUR 9, QUI RELIE LA CHAMBRE DE FOUR 5 AU CONDUCTEUR INTERNE DE CATHODE 13, TUBULAIRE. C.L'INVENTION S'APPLIQUE AU CHAUFFAGE D'UN FOUR A HAUTE TEMPERATURE A L'AIDE D'UNE SOURCE D'IONS A HAUTE INTENSITE.

Description

1 - "Source d'ions à forte intensité" L'invention concerne une source

d'ions à forte intensité, destinée à produire des faisceaux ioniques à partir de gaz, et en particulier de matériaux non-vola- tils.

On utilise des faisceaux d'ions à faible char-

ge, d'environ 10 à 100 m A, dans l'exploitation des sépara-

teurs de masses et dans les installations d'implantation d'ions Il est de même possible, dans les accélérateurs d'ions lourds, d'augmenter l'intensité finale en utilisant une source de forte intensité, émettant des ions à charge simple ou multiple Il est dans ce cas particulièrement intéressant d'utiliser des ions d'éléments non volatils,

ce qui donne à leur production une très grande importance.

On connait déjà une source d'ions pour sé-

parateur de masses (Buch, Dearnaly Preeman, Nelson, Stephen, Ion implantation, North Holland Publ Comp, Amsterdam ( 1973) pages 326-328), dont les filaments chauffants sont

rigoureusement parallèles et disposés à une distance prédé-

terminée de la fente d'extraction, la largeur de la fente

d'extraction étant corrélée à la position du filament chauf-

fant et produisant un courant ionique allant jusqu'à 10 m A.

Ce dispositif, en l'état actuel de la techni-

que, présente des inconvénients, qui résident essentielle-

ment en ce que le faisceau ionique possède une section transversale rectangulaire et étroite, que la source d'ions

: L 2518804

2.-

n'assure une combustion uniforme que dans une plage extrê-

mement étroite des paramètres de marche, les fluctuations de ces paramètres détruisant la compensation de la charge d'espace du faisceau ionique et provoquant une divergence plus élevée et que la densité du plasma ne peut pas 8 tre

adaptée à une géométrie d'extraction prédéterminée et pou-

vant être librement choisie; qu'il n'est pas possible, par

une augmentation de l'aire d'extraction, d'obtenir une in-

tensité plus élevée du courant ionique; qu'un filament chauffant de grande longueur, qui serait nécessaire si l'on avait une fente plus longue, se déforme facilement en

cours d'utilisation; que le corps de la source est cons-

truit partiellement en graphite, matériau dans lequel le revêtement diffuse; que la source doit être installée dans une grande enceinte sous vide; et qu'il est nécessaire

d'avoir à disposition un champ magnétique extérieur homo-

gène. L'invention a pour but de créer une source

d'ions à grande intensités, permettant de produire des fais-

ceaux ioniques d'intensit 6-plus élevée, avec des sections transversales de faisceaux prédéterminées et pouvant 8 tre

adaptés à des conditions de marche prédéterminées.

Le but de l'invention est résolu grâce au dispositif présenté dans la partie caractéristique de la

revendication 1.

La source d'ions à haute intensité selon l'in-

vention, présente en particulier les avantages suivants: il est possible de produire des faisceaux ioniques uniformes, de section transversale prédéterminée, à partir de matériaux non-volatils, avec une très faible émittance et une très faible divergence; on peut utiliser dans la source un grand

nombre de matériaux; l'énergie du faisceau peut être ré-

glée entre environ 5 et 100 ke V, et l'intensité du faisceau peut être réglée entre environ 1 et 100 m A; on peut produire jusqu'à 50 % d'ions à double charge et jusqu'à 20 % d'ions 3.- à plusieurs charges; après la montée en température, il est

possible de travailler sans gaz auxiliaire; il est possi-

ble de découpler les uns des-autres, les effets de la puis-

sance de décharge, de la cathode et du four; il est possi-

bls de travailler sans enceinte sous vide; enfin, l'entre-

tien et les réglages sont considérablement simplifiés.

Il est possible, à l'aide de la source d'ions à haute intensité, selon l'invention, de produire des ions positifs de-tous les éléments dont la pression de vapeur

est supérieure à environ 1 mb à environ 150000 Les élé-

ments ayant une pression de vapeur plus faible peuvent être

utilisés sous la forme de composés volatils, et, dans cha-

que cas, on constate sur les parois de la source une con-

densation de l'élément souhaité plus faible que dans le cas d'une source froide Il est possible d'utiliser sans

problème des gaz inertes dans cette source.

L'invention sera mieux comprise en regard de

la description ci-après et des dessins annexés, qui repré-

sentent des exemples de réalisation de l'invention, des-

sine dans lesquels: la figure 1 est une coupe simplifiée d'une source d'ions à haute intensité, la figure 2 est une bride d'anode, la figure 3 présente la configuration du champ dans la chambre de décharge, pour une polarisation radiale des aimants permanente, la figure 4 présente la configuration du

champ dans la chambre de décharge pour une polarisation tan-

gentielle des aimants permanente; la figure 5 est le schéma électrique de la

source d'ions à haute intensité.

La figure 1 présente une coupe axiale, simpli-

fiée, de la source d'ions à haute intensité, Le dispositif

comprend trois modules, savoir une chambre 1, cathode-

four, produisant la vapeur à ioniser; une substance source 4.- principale 2, destinée à ioniser la vapeur; et une unité d'extraction 3, qui évacue les ions; ces trois modules sont

reliés les uns aux autres d'une manière étanche et présen-

tent un axe commun 4 -

le four et la cathode forment un ensemble uni-

que, dont les pièces de construction sont reliées mécanique-

ment les unes aux autres, mais sont essentiellement décou-

plés d'un point de vue électrique et thermique.

Une douille 6, à forte épaisseur de paroi, chauffée par des conducteurschauffants 7 disposés sur son

coté extérieur dans la direction de l'axe 4 et qui chauf-

fent la chambre de four 5 par rayonnement et conduction

thermique, est disposée contre une chambre de four cylin-

drique 5, sur le c 8 té dirigé vers le corps source principale 2 On utilise en tant que conducteurs chauffants 7 des fils métalliques en spirale, ou des bandes, en tantale ou en tungstène. la chambre de four 5 présente un alésage 8 destiné -à recevoir un tuyau 9 de four, à mince épaisseur de paroi, passant par la douille 6 et une ouverture 10,

opposée à l'alésage 8 dans la direction de l'axe 4, desti-

née à la mise en place d'une substance à vaporiser, ouver-

ture pouvant être fermée par un couvercle 11.

le tuyau de four 9 est fixé à demeure, à l'aide d'un manchon 12, à un conducteur intérieur de cathode 13, tubulaire, lequel, en son extrémité libre, présente des orifices de sortie de gaz 14, et sur le côté extérieur duquel sont disposés plusieurs fils spirales de tantale,

comme émetteur 15.

la chambre de four 5 est reliée, par l'inter-

médiaire de boulons axiaux 16 et de bandes 17 radialement

raccordées aux extrémités des boulons 16 à un disque sup-

port de four 18, lequel supporte le tuyau de four 9 par l'intermédiaire de goujons filetés axiaux 19 et d'un disque

support de manchon 20, qui soutient le manchon 12.

5.- Le disque support de four 18 est repris par une bride de four 21, laquelle est obturée d'une manière étanche au vide, à l'aide d'un couvercle 22, en son csté

opposé au tuyau de four 9, et présente un premier canal-

de refroidissement 23. La bride de four 21, une bride de conducteur

chauffant 24, une bride émetteur 25 et une bride de raccorde-

ment 26 sont toutes isolées électriquement les unes des autres par une bague céramique 27, et elles sont reliées les unes aux autres d'une manière étanche au vide grâce à des joints toriques 28, La bride de four 21 et la bride de raccordement 26 sont fixées à demeure l'une à l'autre à

l'aide de boulons filetés 29 isolés et disposés à l'exté-

rieur de la bride 24 des conducteurs chauffants et de la

bride 25 des émetteurs La bride 24 des conducteurs chauf-

fants présente un deuxième canal de refroidissement 30, la

bride 25 des émetteurs présente un troisième canal de re-

froidissement 31 * les bagues céramiques 27 sont protégées contre une vaporisation par des bagues de protection 32,

33, 34.

Il est possible d'adapter la température du four à différentes conditions de marche (puissance maximale de chauffage, pression de vapeur nécessaire) grâce au choix approprié du matériau de la suspension de la chambre de four 5, suspension composée de boulons d'écartement 16 et des bandes 17 Les bandes 17 sont élastiques et assurent

une compensation des variations de longueur d Oes à la cha-

leur. Les pertes thermiques de la chambre de four 5

provoquées par le rayonnement thermique peuvent être rédui-

tes grâce à un premier bouclier thermique 35 disposé dans le couvercle 22, un deuxième bouclier thermique 36 disposé à la périphérie de la chambre de four 5 et un troisième bouclier thermique 37 disposé dans la zone des entretoises 19. 6.- Le disque 20 supportant le tuyau de four 9

se compose, au contraire du four 9 à mince épaisseur de pa-

roi d'un élément bon conducteur de l'électricité et de la

chaleur, de sorte que la température du four ne subit prati-

quement pas l'influence des variations de la température de

cathode et des conditions de décharge Grâce à un choix ap-

proprié du matériau et de la section transversale, et grâce

à des revêtements galvaniques, en particulier des entretoi-

ses 19, il est possible d'ajuster la température au point de raccordement entre le tube de four 9 et le conducteur

interne de cathode 13.

le disque 20 destiné à supporter le manchon et servant à la suspension du tuyau de four 9, de même qu'un disque support 38, destiné à supporter l'émetteur, raccordé à la bride 25 de l'émetteur et recevant les fils de tantale de l'émetteur 15, présentent une section transversale en forme de U dans le sens de l'axe 4 t de sorte que, dans le cas d'un gradient élevé de température, le seul déplacement

possible soit un déplacement axial.

La vapeur produite dans la chambre de four 5

est conduite, par le tuyau de four 9 et le conducteur inté-

rieur de cathode 13, vers les orifices de sortie de gaz 14.

Dans cet exemple de réalisation, c'est la chambre de four 5

qui est le composant le plus froid Toute formation de con-

densat dans le tuyau de four 9 et dans le conducteur interne

de cathode 13 est supprimée l'effet d'étranglement des tu-

yaux 9 et 13, de grande longueur, transportant la vapeur,

réduit par ailleurs l'effet des rapides fluctuations de pres-

sion dans la chambre de four 5.

Il est possible d'introduire la substance à vaporiser dans la chambre de four 5 apres avoir enlevé le

couvercle 22 fixé d'une manière étanche au vide à la premie-

re bride 21 à l'aide d'une étanchéité métallique 39, le

premier bouclier thermique 35 et le couvercle 11.

Le corps source principale 2 se compose essen-

7.- tiellement d'un tube d'anode 50, entourant le conducteur interne de cathode 13 et disposé coaxialement à ce dernier, d'une électroderéflecteur 52, annulaire, disposée contre les faces frontales du tube d'anode 50 et pénétrant dans l'espace de décharge 51, et d'une bride d'anode 53 avec

une chambre annulaire 54, étanche au vide, entourant com-

plètement le tube d'anode 50, chambre annulaire dans la-

quelle sont disposés des aimants permanents 55 destinés à créer dans la chambre de décharge 51 un champ multipolaire

linéaire.

La construction séparée du tube d'anode 50 et de la chambre annulaire refroidie 54 permet de maintenir à faible température les aimants permanents 55, sensibles à la température, disposés dans la chambre annulaire, bien que la température du tube d'anode 50 puisse être d'environ

200000 C.

Bien évidemment, il est aussi possible d'ins-

taller un bouclier thermique entre le tube d'anode 50 et

la chambre annulaire 54.

les extrémités du tube d'anode 50 peuvent être serrées entre un premier et un deuxième disques d'anode 56, 57, ces deux disques étant plans et radiaux Chacun des disques d'anode 56, 57 est vissé, au niveau de son bord extérieur, à un anneau porteur 58, lequel, par ailleurs,

est relié à l'un des c 8 tés de la bride d'anode 53 La lon-

gueur axiale des anneaux porteurs 58 est fixée de telle ma-

nière que la distance axiale entre les c Otés extérieurs des anneaux porteurs 58 soit plus faible que-la longueur axiale du tube d'anode, qu'il y ait une déformation des disques de fixation 56, 57, et que leur déformation, qui

se produit à une température de marche élevée, ne s'effec-

tue que dans la direction de l'axe 4 de la source d'ions.

Les électrodes à réflecteur 52 sont centrées chacune dans l'alésage d'un disque de réflecteur 59, ces disques présentant une section transversale repliée dans le 8 - sens axial et étant chacun reliée à une bride en bout 60, 61. La-bride d'anode 53 est électriquement isolée des brides en bout 60, 61 par des bagues-céramiques 62, et elle est reliée d'une manière étanche au vide par des joints

toriques 65 -

les brides en bout 60, 61 ainsi que la bride d'anode 53, présentent des canaux de refroidissement 64, 65 dont le rayon est inférieur à celui des joints toriques 63 ' Il est possible, grâce au choix de l'épaisseur

et du matériau des disques de réflecteur 59 et du premier -

et du deuxième disques d'anode 56, 57, d'adapter les tempé-

ratures du tube d'anode 50, des électrodes de réflecteur 52 et d'une électrode de sortie de source 66 appartenant à

l'unité d'extraction 3, à la puissance thermique de l'émet-

teur 15 et à la décharge, et ce, quel que soit le type

d'ions considérés.

Des bagues de protection 68, 69 contre la va-

portisation, en chevauchement l'une par rapport à l'autre, montées contre les brides en bout 60, 61, fixées par des vis 67 et contre la bride d'anode 53, empéchent que de la vapeur ne se condense sur les bagues céramiques 22, évitant

ainsi des courts-circuits électriques.

* Il est prévu contre les bagues de protection in-

ternes 68 contre la vaporisation, entre les disques réflec-

teurs 59 et les disques d'anode 56, 57, des absorbeurs de rayonnement 70, qui, pour une température trop élevée du

tube d'anode 50, absorbent le rayonnement thermique prove-

nant des disques d'anode 56, 57 qui y sont reliés et l'éva-

cuent vers les brides en bout 60, 61 refroidies De cette

manière, on fait en sorte que la température du tube d'ano-

de 50, au-delà d'environ 1000 0, n'augmente plus proportion-

nellement à la puissance de décharge, mais ne présente plus

qu'une faible augmentation.

9.- De même, dans la zone de la chambre de cathode

du four 1, les bagues céramiques 27,-disposées entre la bri-

de de four 21, la bride des conducteurs chauffants 24, la bride de l'émetteur 25 et la bride de raccordement 26, sont protégées contre la condensation de vapeur, grâce à des ba-

gues de protection 32, 33 contre la vaporisation.

les brides 21, 24, 25, 26, de la chambre à ca-

thode-four 1, de m 8 me que les brides 60, 61, 63 de la subs-

tance source principale 2, présentent des collerettes exté-

rieures destinées à recevoir les bagues céramiques 27 et 62.

De cette manière, les bagues céramiques ne peuvent pas "sauter" du fait de la dilatation des brides, provoquée par l'échauffement.

La bride d'extracteur 71 de l'unité d'extrac-

tion 3 est reliée à la substance source principale 2 d'une

manière étanche au vide par l'intermédiaire d'un joint to-

rique 72 L'électrode de sortie de source 66 est disposée dans l'alésage central d'un disque support 73 circulaire, lequel présente une section coudée et est relié à la bride

d'extracteur 71 par l'intermédiaire d'une bague d'arrêt 74.

L'électrode de sortie de source 66 présente des ouvertures d'extraction 76 destinées aux ions produits

dans la chambre de décharge 51, ouvertures formées d'alésa-

ges ou de rainures, en configuration simple ou multiple,

de sections prédéterminées.

L'électrode de sortie de source 66 doit être

orientée avec une grande précision par rapport à une élec-

trode de freinage 77 et une électrode-de terre 78 On y monte la bride d'extracteur 71 et on y ajuste radialemerit à l'aide des vis de réglage 75, la bague de serrage 74 qui supporte le disque de fixation 73 avec l'électrode de sortie de source 66 p la bague d'arrêt 74 étant ensuite fixée à l'aide des vis 79 Si l'on souhaite modifier la position axiale de l'électrode de sortie de source 66, on peut y arriver en modifiant d'une manière correspondante le disque

j 10 -

de soutien 73 et la bague d'arrêt 74 Si nécessaire, l'élec-

trode réflecteur 52 peut aussi être reliée directement au disque de soutien 73, auquel cas le disque réflecteur 59 disparait L'alignement précis de l'électrode de sortie de source 66 peut être réalisé à l'aide de goujons d'assembla- ge, et il peut être contr 8 lé par des procédés optiques On

visse ensuite le corps source principale 2 à la bride d'ex-

tracteur 71 Cette fixation,: de même que le poids du corps source principale 2, n'influent pas sur l'ajustement de l'électrode de sortie de source 66 On visse enfin la

chambre cathode-four 1 au corps source principale 2.

Après avoir enlevé le couvercle 22, raccordé

d'une manière étanche à la bride de four 21 à l'aide de l'é-

tanchéité métallique 39, le premier bouclier thermique 35 et le couvercle 11, il est possible de charger la chambre

de four 5 par l'ouverture 10.

Pour la mise en service avec production de va-

peur, on porte l'émetteur 15 et, avec lui, le conducteur intérieur de cathode 13 à la température-de marche, puis on déclenche une décharge dans un gaz auxiliaire, Dès que

le tube d'anode 50, le conducteur intérieur de cathode 13,-

les électrodes-réflecteurs 52 et l'électrode de sortie de source 66 sont suffisamment chauds, on peut chauffer la

chambre de four 5 Quand-la température du four est-suffi-

santé pour -vaporiser le produit d'enduction, la vapeur pas-

se dans la chambre de décharge 51 en traversant le tuyau de

four 9 et le conducteur interne de cathode 13.

Dans la chambre de décharge 51, la-vapeur s'io-

nise et remplace le gaz auxiliaire, dont l'apport est pro-

gressivement diminué Dans certains cas, par exemple pour

la production d'ions à plusieurs charges, il peut être avan-

tageux de travailler avec une certaine partie d'un gaz auxi-

liaire, en particulier l'hélium.

La décharge peut être réalisée par impulsions ou en courant continu Dans ce cas, les parties de la source 11.- entourant la chambre de décharge doivent être adaptées, du point de vue de la conductivité thermique et de l'aire de

leur section transversale, à la puissance moyenne prévue.

Pour couper la source d'ions, on procède en sens inverse De cette manière, on supprime toute condensa-

tion et toute formation de paillettes sur les bagues céra-

miques 27, 62, qui pourraient troubler un nouveau départ.

La figure 2 présente, d'une manière simplfiée,

le côté de la bride d'anode 53 dirigé vers l'unité d'extrae-

tion 3 Des aimants permanents 55 sont maintenus, par un

support annulaire 85 avec traverses 86 (cf figure 1) ap-

puyés contre la paroi de la chambre annulaire centrale 54 et répartis uniformément autour de la périphérie de cette chambre de telle sorte qu'il se forme, dans la direction de la circonférence de la chambre, un canal de refroidissement sinueux 87, destiné au refroidissement des aimants, entre les aimants permanents 55, le support d'aimant 85 et la chambre annulaire 54 Le canal de refroidissement d'aimants

87 entoure chacun des aimants permanents 55, sur le c té di-

rigé vers le tube d'anode chaud 50 et sur les cÈtés radiaux

qui y sont contig Us.

Le fluide de refroidissement arrive dans le canal de refroidissement 87 par une conduite d'amenée 88, en traversant un alésage aménagé dans la bride d'anode 53,

puis il est transporté, par un canal de trop-plein 89 dis-

posé dans la bride d'anode 53, du canal de refroidissement

87 au canal de refroidissement annulaire 65 destiné au re-

froidissement de la bride d'anode, poulr êtra ensuite éva-

cué grâce à une conduite d'évacuation de fluide de refroi-

dissement.

Le gaz auxiliaire, nécessaire dans certains

cas, est envoyé dans la chambre de décharge 51 par l'inter-

médiaire de quatre conduites de gaz auxiliaire 92 raccor-

dées uniformément à la périphérie de la bride d'anode 53, chacune traversant un alésage radial et un alésage axial, 12.- pour être ensuite évacué de cette chambre de décharge par

l'ouverture d'extraction 76 -

La régulation de la température du tube d'ano-

de 50 est réalisée grâce à des thermocouples de surface la-

térale 93 (cf figure 1), qui sont chacun enfoncés dans un

puits à thermocouple 94, les différents puits à thermocou-

ple traversant axialement et radialement la bride d'anode 53, ainsi que dans des alésages aménagés, dans la zone de chacune des deux électrodes de réflecteur 52, contre le c 8 té extérieur du tube d'anode 50 Les thermocouples sont

coulés dans la bride d'anode 53 à l'aide d'une résine ar-

tificielle. La figure 3 présente la configuration de champ

dans la chambre de décharge 51 dans le cas d'une magnétisa-

tion radiale des aimants permanents 55, la figure 4 corres-

pondant à une magnétisation tangentielle La figure -e pré-

sente pas les lignes de champ sur le c 8 té extérieur des ai-

mante permanents 55 disposés d'une manière circulaire dans

le support d'aimant 85, car ces lignes de champ ne présen-

tent aucune importance pour le fonctionnement de la source d'ions.

la polarisation tangentielle des aimants per-

* manents 55 selon la figure 4, crée des lignes de champ tel-

les que la densité maximale des lignes de champ se trouve sur l'une des surfaces latérales définies par les surfaces internes 95 des aimants 55, et, dans chaque cas, dans le

plan central se trouvant entre deux aimants C'est prati-

quement dans la zone de densité maximale des lignes de champ que se trouve la plus grande partie de la puissance de décharge Par ailleurs, l'on obtiendra une inclusion

optimale du plasma, et donc le rendement optimal de la sour-

ce d'ions, quand la paroi 96 de la chambre de décharge 51 passe exactement à travers ces lignes Une paroi coudée et surchauffée 96 venant en remplacement du tube d'anode 50 en liaison avec un support d'aimant 85 en évidement entre

25188 C

13.- les aimants, permet simultanément une optimalisation de

l'inclusion du plasma et un refroidissement direct des ai-

mante Une paroi 97, disposée parallèlement à la paroi 96,

assure un raccordement étanche au vide des canaux de re-

froidissement des aimants. Le montage électrique de la source d'ions à

haute intensité est représenté sur la figure 5 On intro-

duit dans la chambre de four 5, à l'aide du conducteur

chauffant 7 se trouvant à la tension du four U 0, une puis-

sance de chauffage de four Po, et on met en place une teit-

pérature de four T et une pression de vapeur PO.

On a la tension de cathode UX aux bornes du.

conducteur interne de cathode 13, avec en plus L'émetteur Entre l'électrode de réflecteur 52 et le conducteur

interne de cathode 13, on a la tension de cathode de ré-

flecteur UR, et-on a entre le tube d'anode 50 et le con-

ducteur interne de cathode 13, la tension de décharge U,

qui crée le courant de décharge IE.

Le courant d'ions traverse l'ouverture d'ex-

traction 76 de l'électrode de sortie de source 66, laquelle se trouve à un potentiel positif élevé, puis traverse les ouvertures de l'électrode de freinage 77, installée en aval

à un potentiel légèrement négatif, puis celles de l'élec-

trode de terre 78, installée en aval et présentant un po-

tentiel de terre La différence de potentiel entre l'élec-

trode de sortie de source 66 et l'électrode terre 78 est la

tension de rayonnement U trp la différence de potentiel en-

tre l'électrode de terre 78 et l'électrode de freinage 77 étant l'électrode d'accélération UB* le faisceau ionique sortant reçoit aussi une certaine partie f 2 d'ions à double charge, et une partie f 3 d'ions à triple charge On peut mesurer un courant ionique total I, à l'aide d'une cage de Faraday, à une certaine

distance prédéterminée de l'électrode de terre 78.

Le commutateur Pp' qui représente un générateur 14.,

d'impulsions, est toujours fermé quand on travaille en cou-

rant continu La tension de rayonnement Ustr définit l'é-

nergie du rayonnement Le potentiel des électrodes de ré-

flecteur 52 peut être réglé selon trois montages différents: RAR = 1 k Ohm et RK =, le commutateur S étant ouvert, ou bien

RAR = 100 ohms et R = 10 ohms, le commutateur S étant ou-

vert, ou bien

RAR = R = co, le commutateur S étant fermé.

Ce n'est que dans ce dernier cas qu'il faut

appliquer la tension extérieure URE Il est en outre possi-

ble d'isoler les vis 81 servant à joindre les brides en

bout 60, 61 de la substance source principale 2, et d'ap-

pliquer aux électrodes de réflecteur 52 différents poten-

tiels Quand la décharge est en marche, le potentiel des

deux électrodes est proche du potentiel du conducteur in-

terne de cathode 13, et habituellement un peu supérieur.

Dans une source d'ions à haute intensité exécutée selon les figures 1 et 5, on a pulsé la décharge

à 50 Hz, avec un taux d'impulsions de 10 %.

Dans ce montage, l'ouverture d'extraction 76 de l'électrode de sortie de source 66 se composait de 7 alésages, chacun ayant un diamètre de 2,5 min La distance entre l'électrode de sortie de source 66 et l'électrode de freinage 77 a été ajustée à 3,1 min. On a mesuré l'intensité totale du courant d'ions I 1 au bout d'une distance de dérive libre de 1 m, dans une cage de Faraday de 45 mm de diamètre, Le tableau ci-dessous présente les résultats

des mesures et les caractéristiques de marche de l'instal-

lation L'apport de gaz auxiliaire (hélium pour le calcium

et xénon pour le bismuth) a été entièrement arr 8 té.

La source d'ions à haute intensité ayant fait l'objet des essais peut être utilisée avec une puissance moyenne de décharge supérieure à 2 k W, une 15.- puissance de chauffage de cathode pouvant aller jusqu'à 295 k W et une puissance de chauffage du four d'environ 3 k W.

T A B 1 E A U

El:I/: K/:K WP)k:O 0:(m:,C: M Ca: 200: 50:1 66:1 40:840:2 0: 21:20 6 Bi: 140: 75:1 23:2 32: 99 D: 1 6: 31 su 28: 6 5: 8 à 16 -

REV E D I C AT I ONS 1. Source d'ions àâhaute intensité, destinée à produire des faisceaux

ioniques à partir de gaz et en particulier de substances non-volatiles, caractérisée en ce que: a) une chambre de four à cathode ( 1), produisant la vapeur à ioniser, un corps source principale ( 2) ionisant la vapeur et une unité d'extraction ( 3) évacuant les ions, sont chacun conçus comme un module unique,

b) que chacun des modules ( 1, 2, 3) présente en ses extré-

mités axiales de brides ( 21, 26, G, 661 71) permettant

leur assemblage mutuel étanche au vide et leur rempla-

cement, c) que des composants ( 5, 6, 9, 12, 13, 20, 38, 50, 52, 56, 57, 59, 64, 66), en contact avec la vapeur à ioniser et installés dans la zone centrale des modules ( 1, 2,3),

sont conçus de façon à pouvoir être chauffés à une tem-

pérature supérieure à la température de condensation de la vapeur à ioniser, d) que les composants centraux ( 5, 6, 9, 12, 13, 50, 52, 66) de chacun des modules ( 1, 2, 3) peuvent, par le choix

du matériau et par la construction de Ieur section trans-

versale, être réglés -à une température prédéterminée

par la courbe de pression de vapeur de la vapeur à ioni-

ser, e) que les composants centraux ( 5, 6, 9, 12, 13, 50, 52, 66) présentant 'des températures élevées des modules ( 1, 2,

3)sont reliés à des éléments Kde construction périphé-

riques ( 21, 25, 53, 60, 61, 71) à la température ambian-

te, par l'intermédiaire d'éléments de soutien ( 20, 38, 59, 73) en forme de disque et de faible conductivité thermique, éléments dont les déformations, produites par des contraintes thermiques, sont dirigées exclusivement

d'une manière axiale grâce à une conception prédétermi-

née, 17 - f) que la puissance de chauffage (P 0) de la chambre de four ( 5), la puissance de cathode (PK) du conducteur interne de cathode ( 13) et la puissance de décharge de l'espace de décharge ( 51) sont découplées par l'intermédiaire d'un tuyau de four ( 9); qui relie la chambre de four ( 5)

au conducteur interne de cathode ( 13) tubulaire.

2. Source d'ions à haute intensité selon la revendication 1, caractérisée en ce que: a) la chambre de four ( 5) est reliée, par l'intermédiaire d'une conduite chaude transportant la vapeur à ioniser, et se composant du tuyau de four ( 9) et du conducteur

interne tubulaire de cathode ( 13), à l'espace de déchar-

ge ( 51) du corps de source principale ( 2), b) que le tuyau de four ( 9) est disposé dans une douille ( 6) raccordée à la chambre de four ( 5), se composant d'un matériau de faible conductivité électrique et

thermique, douille entourée par des conducteurs de chauf-

fage ( 7) disposés dans la direction de l'axe ( 4) de la source d'ions, c) qu'un certain nombre de fils métalliques formant un émetteur ( 15) sont disposés dans la direction de l'axe ( 4) d'une manière coaxiale au conducteur interne de cathode tubulaire ( 13),

d) que la chambre de four ( 5) présente, sur son c 8 té fron-

tal libre, un premier bouclier thermique ( 35) et un deu-

xième bouclier thermique ( 36), tubulaire, entourant la partie cylindrique de la chambre de four ( 5), la douille

( 6), avec les conducteurs de chauffage ( 7), étant en-

tourée par un troisième bouclier thermique tubulaire

( 37),

e) qu'un manchon ( 12) reliant le tuyau de four ( 5) au con-

ducteur interne de cathode ( 13), est réglable en tempé-

rature grace à un disque de support de manchon ( 20), destiné à centrer le manchon ( 12) et grâce à plusieurs goupilles filetées ( 19), maintenant le disque de support 18.- de manchon ( 20), goupilles en un matériau présentant une bonne conductivité électrique et thermique, f) que la chambre de four ( 5) est reliée à une bride de four ( 21) par l'intermédiaire d'une suspension élastique destinée à compenser les variations de longueur dûes

à l'effet de la chaleur.

3. Source d'ions à haute intensité selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque composant

soumis à une contrainte thermique présente au moins un ca-

nal de refroidissement dont le rayon est inférieur à celui

du joint torique relié à ce composant et destiné au raccor-

dement étanche au vide des modules ( 1, 2, 3) et/ou des

composants de ces modules.

4. Source d'ions à haute intensité selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps principal de source ( 2) se compose d'un tube d'anode ( 50), entourant

le conducteur interne de cathode ( 13) et disposé coaxiale-

ment à ce dernier, d'électrodes réflectrices ( 52), annulai-

res, disposées contre les faces frontales du tube d'anode ( 50) et pénétrant dans l'espace de décharge ( 51), et d'une

bride d'anode ( 53), avec une chambre annulaire ( 54) étan-

che au vide et entourant complètement le tube d'anode ( 50), chambre annulaire dans laquelle sont disposés des aimants permanents 455), polarisés radialement et/ou tangentiellement par rapport à l'axe ( 4) de la source

d'ions, destinés à produire un champ multipolaire linéai-

re dans la chambre de décharge ( 51).

5. Source d'ions à haute intensité selon la

revendication 1, caractérisée en ce que:.

a) l'unité d'extraction ( 3) présente une électrode de sor-

tie de source ( 66), qui obture la chambre de décharge ( 51) sur le côté dirigé vers l'unité d'extraction ( 3), b) que l'électrode de sortie de source ( 66) est disposée

dans l'alésage central d'un disque circulaire de sup-

port ( 73), 19.-

c) que le disque de support ( 73) est relié, par l'intermé-

diaire d'une bague de serrage ( 74), à une bride d'ex-

tracteur ( 71) et peut subir un réglage radial à l'aide desvis de réglage ( 75) et un réglage axial à l'aide des vis ( 79). 6. Source d'ions à haute intensité selon la revendication 1, caractérisée en ce que; a) le tuyau de four ( 9), le conducteur interne de cathode ( 13), l'émetteur ( 15), les électrodes réflectrices ( 52) et l'électrode de sortie de source ( 66) sont chacun

raccordés à une bride ( 21, 25, 60, 61, 71) par l'intermé-

diaire d'un disque de support circulaire ( 20, 38, 59, 73) b) que chacun des disques supports-( 20, 38, 59, 73) présente une section transversale coudée dans le sens de l'axe

( 4) de la source d'ions.

7. Source d'ions à haute intensité selon la revendication 1, caractérisée en ce que: a) les extrémités du tube d'anode ( 50) sont serrées entre un premier et un deuxième disques de support à surface radiale ( 56, 57), b) que chacun des disques-de support ( 56, 57) est vissé par son rebord extérieur à une bague de support ( 58), c) que chaque bague de support ( 58) est reliée à l'un des c 8 tés d'une bride d'anode ( 53), d) que la longueur axiale des bagues de support ( 58) est définie de telle sorte que l'écartement axial des c 8 tés extérieurs des bagues ( 58) soit inférieur à la longueur

axiale du tube d'anode ( 50).

8. Source d'ions à haute intensité selon la revendication 2, caractérisée en ce que la suspension de la chambre de four ( 5) se compose essentiellement de boulons d'écartement ( 16) reliés solidement à la chambre et disposés parallèlement à l'axe ( 4) de la source-d'ions, et de bandes ( 17) reliées à la bride de four ( 21), disposées radialement

et raccordées i l'extrémité libre de chacun des boulons d'é-

cartement ( 16).