Opis patentowy opublikowano: 30.07.1979 98764 IntCI*. B23P1/00 HOU 39/26 H01J 37/30 Twórcywynalazku: Henryk Wasiewicz, Marian Abramek, Aleksander Lepecki Uprawniony z patentu : Politechnika Lubelska, Lublin (Polska) Urzadzenie do jonowego trawienia cial stalych Pizedmiotem wynalazku jest urzadzenie do jonowego trawienia cial stalych wiazka jonów gazów, zwlaszcza gazów szlachetnych.Dotychczas znane sa urzadzenia do trawienia jonowego dwojakiego rodzaju. Pierwsze z nich oparte sa na wykorzystaniu zjawiska trawnienia katody przy wyladowaniu jarzeniowym miedzy dwoma zimnymi elektrodami umieszczonymi w prózni rzedu 10"2 TR, do których przylozono stale lub pulsujace iiapiecie rzedu kilku kilowolt. Drugie wykorzystuja zjawisko trawienia ciala poddanego dzialaniu wiazki jonów. Jony wytwarzane sa w komorze wyladowan gdzie utrzymywane jest cisnienie rzedu 10"3Tr. Po uformowaniu w wiazke i przyspieszeniu do zadanych energii jony kierowane sa na trawione cialo umieszczone w komorze trawienia.Cisnienie w komorze trawienia utrzymywane jest na poziomie rzedu 10~5Tr. W porównaniu z pierwsza grupa- istotna zaleta urzadzen tego typu jest mozliwosc regulacji energii bombardujacych jonów w szerokim zakresie od kilkuset wolt do kilkuset kilowolt. Jednak przy niskich wartosciach napiec przyspieszajacych uzyskuje sie stosunkowo maly prad jonowy co ma bezposredni zwiazek ze znacznym wydluzeniem procesu trawienia.Ponadto w kazdych ze znanych rozwiazan komora wyladowan utrzymywana jest na wysokim potencjale.Wymaga to uciazliwej w realizacji konstrukcji komory wyladowan i zasilaczy, zwlaszcza gdy przewiduje sie prace tej samej komory wyladowan wedlug wiecej niz jednego dowolnie wybranego rezimu.Rozwiazanie wedlug wynalazku eliminuje wyzej wymienione niedogodnosci. Celem wynalazku jest wydajne trawienie cial stalych przez dzialanie wiazki jonów o energii regulowanej w zakresie od kilkudziesieciu wolt do kilku kilowolt przy wykorzystaniu zasilaczy przeznaczonych do pracy przy niskich napieciach.Cel ten zostal osiagniety przez skonstruowanie urzadzenia wedlug wynalazku. Istota wynalazku jest uklad elektrod wzajemnie powiazanych do których przylozono odpowiednie potencjaly. Katoda zarzona pradem stalym, izolowana od pozostalych elektrod, umieszczona jest w osi cylindrycznej elektrody zwanej anoda posrednia. Anoda posrednia, równiez izolowana od pozostalych elektrod umieszczona jest w osi cylindrycznej obudowy bedacej tu anoda. Anoda jest uziemiona i wzgledem katody jest na mniej dodatnim potencjale niz anoda posrednia. Calosc umieszczona jest w osi solenoidu i stanowi komore wyladowan w której utrzymuje sie2 98 764 cisnienie rzedu 10~3Tr ido której doprowadzony jest gaz. Wszystkie izolacje elektryczne komory wyladowan przewidziane sa na niskie napiecia. Komora wyladowan zamknieta jest z jednej strony elektroda prostopadla do osi komory o potencjale katody — z drugiej elektrode emisyjna o potencjale anody. Elektroda emisyjna posiada jeden lub wiele otworów przez które jony wydostaja sie z komory wyladowan do obszaru przyspieszania i dalej w kierunku trawionego ciala. Za elektroda emisyjna umieszczona jest odizolowana elektroda posrednia do której przylozono potencjal dodatni wzgledem katody. Izolacja elektrody posredniej przewidziana jest na niskie napiecia. O energii jonów padajacych na trawione cialo decyduje ujemny wzgledem obudowy potencjal przylozony do elektrody przyspieszajacej umieszczonej w odleglosci kilku milimetrów od elektrody emisyjnej* Trzy elektrody: emisyjna, posrednia i przyspieszajaca posiadaja optycznie skolimowane otwory o odpowiednich srednicach i stanowia system formowania wiazki jonów. Elektroda przyspieszajaca polaczona jest mechanicznie i elektrycznie z puszka odizolowana od obudowy i umieszczona w komorze trawienia gdzie utrzymuje sie cisnienie rzedu l(TsTr. W puszce tej umieszcza sie trawiony material. Puszka sluzy do uzyskania odpowiedniego rozkladu potencjalów wzdluz drogi po której biegna przyspieszone jony i ochrony komory trawienia przed zanieczyszczeniem produktami trawienia. Dno puszki stanowi odpowiednio izolowana plyta wykorzystywana przy pomiarze pradu jonowego. Izolacje czesci zespolu, skladajacego sie z elektrody przyspieszajacej, puszki i plyty dennej stanowi wysokonapieciowy niskopradowy przepust prózniowy.Zastosowanie wynalazku daje nastepujace korzystne skutki. Zastosowanie elektrody posredniej na dodat¬ nim wzgledem katody potencjale umozliwia uzyskanie dla dodatniej rozbieznosci promieniowania znacznie wiekszego pradujonowego przy tym samym napieciu przyspieszajacym i odleglosci elektrody przyspieszajacej od emisyjnej niz w ukladach bez tej elektrody czyli dotychczas stosowanych. Zmieniajac wartosc napiecia przylozonego do elektrody posredniej mozna zmieniac warunki ekstrakcji jonów wiec i prad wiazki jonowej przy stalym napieciu przyspieszajacym i stalej odleglosci elektrody przyspieszajacej od emisyjnej bez dokonywania zmian w konstrukcji elektrod co w dotychczas znanych urzadzeniach jonowych jiie bylo osiagalne. Uziemienie anody, to jest obudowy komory wyladowan, umozliwia szerokie stosowanie prózniowych przepustów prado¬ wych niskich napiec zamiast przepustów prózniowych na wysokie napiecia i wysokie prady. Uziemienie anody umozliwia zastosowanie zasilaczy pradowych z izolacja niskonapieciowa. Uziemienie anody i zastosowanie ukladu elektrod wedlug wynalazku umozliwia prace komory wyladowan w trzech dowolnych rezimach to jest wyladowanie anoda-katoda, wyladowanie z anoda posrednia i wyladowanie z oscylacja elektronów bez dokony¬ wania zmian w konstrukcji urzadzenia a jedynie przez zmiane polaczenia elektrod z zasilaczami Zastosowanie puszki umieszczonej pod napieciem przyspieszajacym jony umozliwiajednoczesne uzyskanie zadanego rozkladu potencjalów na drodze przyspieszonych jonów, ochrone komory trawienia przed zanieczyszczeniem produktami trawienia i dokladny pomiar pradu jonowego.Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykladowym wykonaniu na rysunku przedstawiajacym schemat ideowy. Katoda 1, grzana pradem stalym pobieranym z zasilacza 2, umieszczona jest w osi komory wyladowan 3 przy czym autotransformator 4 sluzy do regulacji pradu grzania. Obwód anodowy komory wyladowan 3 zasilany jest pradem pobieranym z zasilacza 5 a wartosc napiecia w obwodzie regulowana jest autotransformatorem 6.Anoda posrednia 7 i anoda 8 przylaczone sa do zasilacza 5 poprzez opory 9. Pulsacja napiecia wygladzana jest przez kondensatory 10. Komora wyladowan 3 zamknieta jest z jednej strony elektroda 11 pelniaca funkcje reflektora elektronów, z drugiej elektroda emisyjna 12. Jonizowany gaz doprowadzany jest do komory wyladowan 3 poprzez dystrybutor 13. Anoda 8 zabezpieczona jest przed nadmiernym grzaniem plaszczem wodnym 14. Solenoid 15 zasilany jest z zasilacza stabilizowanego 16. Elektroda posrednia 17 przylaczona jest do zasilacza stabilizowanego 18. Trawiony przedmiot 19 umieszczony jest na plycie 20 stanowiacej dno puszki 21 zamknietej od góry elektroda przyspieszajaca 22. Puszka 21 umieszczona jest w komorze trawienia 23 na izolatorze wysokonapieciowym 24. Wysokie napiecie podawane jest na puszke 21 z zasilacza 25 a jego wartosc regulowana jest za pomoca autotransformatora 26. Pomiar pradu jonowego wiazki osiagajacej plyte denna 20 dokonuje sie za pomoca miliamperomierza 27. W komorze wyladowan 3 i komorze trawienia 23 zastosowano niskonapieciowe wysokopradowe przepusty prózniowe 28. Izolacje elektrody posredniej 17 i plyty dennej 20 stanowia izolatory niskonapieciowe 29.Dzialanie urzadzenia jest nastepujace: w komorze wyladowan 3 nastepuje jonizacja doprowadzanego gazu przez elektrony emitowane z goracej katody i i poruszajace sie po torach spiralnych. Powstajace w komorze wyladowan 3 dodatnie jony wydostaja sie przez otwór w elektrodzie emisyjnej 12. Po uformowaniu w wiazke przez system trzech elektrod: emisyjnej 12, posredniej 17 i przyspieszajacej 22 i przyspieszeniu do zadanych energii przez napiecie przylozone do elektrody przyspieszajacej 22 jony dodatnie poruszaja sie wewnatrz puszki 21. Znaczna ich czesc trafia na trawione cialo 19 i plyte denna 20. Tunastepuje efekt trawienia.98 764 3 PL