RU2038643C1

RU2038643C1 - Process of generation of ion beam

Info

Publication number: RU2038643C1
Authority: RU
Inventors: Л.П. Саблев; С.Н. Григорьев
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Новотех"
Priority date: 1992-01-28
Filing date: 1992-01-28
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: vacuum-plasma treatment of tools. SUBSTANCE: vacuum-arc discharge is ignited in discharge space of vacuum chamber with integrated-cold cathode which includes separated metal-halogen and gaseous stages. Emission grid is positioned in zone of gaseous stage of discharge. Negative potential is fed to grid and into zone of working space of vacuum chamber after ignition of discharge arc. Metal-halogen stage of the latter is isolated from working space of chamber. In addition magnetic field which lines of force are located in planes perpendicular to direction of discharge current and have direction ensuring displacement of discharge channel towards grid are formed in zone of column of gas plasma. EFFECT: improved efficiency of vacuum-plasma treatment. 7 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике получения сильноточных ионных пучков большого сечения. The invention relates to techniques for producing high-current ion beams of large cross section.

Известен способ генерирования ионного пучка посредством ионных источников Кауфмана (1). Согласно данному способу накаляемый катод, эмиттирующий электроны, располагают на оси цилиндрической разрядной камеры, которую, в свою очередь, помещают в слабое магнитное поле. Анодом в данном случае служит часть цилиндра. При этом способе генерирования ионного пучка электроны движутся в скрещенных магнитных и электрических полях по спиральным траекториям вокруг оси. В результате чего увеличивается длина их пробега и вероятность ионизации рабочего газа. Ионы вытягиваются, ускоряются и фокусируются ионно-оптической системой. Существенным недостатком генерирования ионного пучка по способу, реализованному в источниках Кауфмана, является относительно небольшой срок службы накаливаемых катодов (несколько десятков часов). A known method of generating an ion beam through ion sources of Kaufman (1). According to this method, a heated cathode emitting electrons is placed on the axis of a cylindrical discharge chamber, which, in turn, is placed in a weak magnetic field. In this case, the anode is part of the cylinder. With this method of generating an ion beam, electrons move in crossed magnetic and electric fields along spiral paths around an axis. As a result, their path length and the probability of ionization of the working gas increase. Ions are pulled, accelerated and focused by the ion-optical system. A significant drawback of ion beam generation by the method implemented in Kaufman sources is the relatively short service life of incandescent cathodes (several tens of hours).

Наиболее близким к предлагаемому является способ генерирования ионного пучка [2] включающий возбуждение в замкнутой разрядной полости вакуумной камеры между катодом и анодом электрического газового разряда, подачу на электрически изолированную от вакуумной камеры эмиссионную сетку отрицательного потенциала для формирования границы плазмы между разрядной полостью и сообщающейся с ней изолированной рабочей полостью вакуумной камеры, а также подачу ускоряющего отрицательного потенциала в зону изолированной рабочей полости вакуумной камеры. Closest to the proposed one is a method of generating an ion beam [2] comprising excitation of a vacuum gas chamber between the cathode and anode of an electric gas discharge in a closed discharge cavity, supplying a negative potential emission grid to the plasma electrically isolated from the vacuum chamber to form a plasma boundary between the discharge cavity and the communicating cavity the isolated working cavity of the vacuum chamber, as well as the supply of an accelerating negative potential to the zone of the isolated working cavity of the vacuum cameras.

При генерировании ионного пучка согласно данному способу, например, в установке с площадью эмиссионной сетки 1000 см² величина ионного тока составляет 1 А. Таким образом, плотность ионного тока составляет 1 mA/см². Увеличение плотности ионного тока может быть достигнуто за счет разветвления поверхности катода, а это усложняет конструкцию и, соответственно, уменьшает надежность установки.When generating an ion beam according to this method, for example, in an installation with an emission grid area of 1000 cm ^{2, the} ion current is 1 A. Thus, the ion current density is 1 mA / cm ² . An increase in the ion current density can be achieved by branching the cathode surface, and this complicates the design and, accordingly, reduces the reliability of the installation.

Цель изобретения повышение плотности ионного тока при повышении надежности установки в целом. The purpose of the invention is to increase the ion current density while increasing the reliability of the installation as a whole.

Цель достигается за счет того, что в способе генерирования ионного пучка, включающем возбуждение в замкнутой разрядной полости вакуумной камеры между катодом и анодом газового разряда, подачу на электрически изолированную от вакуумной камеры эмиссионную сетку отрицательного потенциала для формирования границы плазмы между разрядной полостью и сообщающейся с ней изолированной рабочей полостью вакуумной камеры и ускорения ионов в разрядной полости возбуждают двухступенчатый вакуумно-дуговой разряд с интегрально-холодным катодом, включающий разделенные металлогазовую и газовую ступени, первую из которых отделяют от рабочей полости камеры, сетку располагают в зоне газовой ступени разряда, при этом в зоне столба газовой плазмы создают магнитное поле, силовые линии которого расположены в плоскостях, перпендикулярных направлению тока разряда и имеют направление, обеспечивающее смещение тока разряда в сторону сетки. Сетка может быть расположена в зоне газовой ступени по замкнутому контуру симметрично относительно оси разрядной полости камеры, а магнитное поле создают посредством установки по оси сетки изолированного от плазмы проводника, по которому пропускают ток. Сетку можно располагать в зоне газовой ступени в плоскости раздела разрядной и рабочей полостей, а магнитное поле создают посредством установки оппозитно сетке со стороны разрядной полости и за ее пределами проводника в виде плоской пластины из электропроводного материала, расположенной параллельно сетке, при этом по пластине пропускают ток. The goal is achieved due to the fact that in the method of generating an ion beam, which includes excitation in a closed discharge cavity of a vacuum chamber between the cathode and the anode of a gas discharge, supplying a negative potential emission grid to the plasma electrically isolated from the vacuum chamber to form a plasma boundary between the discharge cavity and communicating with it an isolated working cavity of the vacuum chamber and ion acceleration in the discharge cavity, a two-stage vacuum-arc discharge with an integrated cold cathode is excited, including yielding separated metal-gas and gas stages, the first of which is separated from the working cavity of the chamber, the grid is placed in the zone of the gas stage of the discharge, while in the zone of the column of the gas plasma a magnetic field is created, the lines of force of which are located in planes perpendicular to the direction of the discharge current and have a direction, providing displacement of the discharge current towards the grid. The grid can be located in the zone of the gas stage in a closed loop symmetrically with respect to the axis of the discharge cavity of the chamber, and a magnetic field is created by installing a conductor isolated from the plasma along the grid axis, through which a current is passed. The grid can be placed in the zone of the gas stage in the plane of separation of the discharge and working cavities, and a magnetic field is created by installing an oppositely placed grid on the side of the discharge cavity and outside the conductor in the form of a flat plate of electrically conductive material parallel to the grid, while a current is passed through the plate .

Разрядную полость камеры разделяют на две симметричные части перегородкой, один конец которой располагают с зазором относительно стенки разрядной полости камеры, расположенной противоположно катоду, анод и катод размещают со стороны второго закрепляемого на стенке камеры, конца перегородки по разные стороны от нее, а сетку располагают с охватом перегородки по всей ее поверхности расположенной в зоне газовой ступени разряда. Концы проводника можно подключать к автономному источнику питания. Один конец проводника можно подключать к положительному полюсу источника питания дугового разряда, а второй к аноду. Устанавливаемую перегородку выполняют преимущественно из неэлектропроводного материала. The discharge cavity of the chamber is divided into two symmetric parts by a partition, one end of which is positioned with a gap relative to the wall of the discharge cavity of the chamber located opposite the cathode, the anode and cathode are placed on the side of the second end of the partition fixed to the chamber wall, and the grid is placed on coverage of the partition along its entire surface located in the gas discharge stage. The ends of the conductor can be connected to an autonomous power source. One end of the conductor can be connected to the positive pole of the arc discharge power source, and the other to the anode. The installed partition is made mainly of non-conductive material.

Цель (в части повышения плотности ионного тока) достигается за счет использования для создания плазмы, из которой генерируются ионы, более сильноточного вакуумно-дугового разряда, от величины которого зависит степень ионизации плазмы, и, следовательно, извлекаемый из нее ионный ток не зависит от геометрических размеров катода и определяется его теплофизическими свойствами. Вторым фактором, повышающим плотность тока в предложенном способе, является создание в зоне столба газовой плазмы магнитного поля, силовые линии которого нормальны по направлению электрического поля и направлены в определенную сторону, с возможностью создания усилия, смещающего электронный ток разряда в направлении сетки. При этом плотность электронного тока разряда становится неоднородной и имеет максимальную величину плотности вблизи сетки. При этом возрастает плотность ионного тока, извлекаемого отрицательно зараженной сеткой, поскольку в районе сетки возрастает степень ионизации плазмы. The goal (in terms of increasing the ion current density) is achieved by using a more high-current vacuum-arc discharge to create the plasma from which the ions are generated, the magnitude of which determines the degree of plasma ionization, and, therefore, the ion current extracted from it does not depend on geometric dimensions of the cathode and is determined by its thermophysical properties. The second factor that increases the current density in the proposed method is the creation in the zone of the column of gas plasma of a magnetic field, the lines of force of which are normal in the direction of the electric field and directed in a certain direction, with the possibility of creating a force that biases the discharge current in the direction of the grid. In this case, the density of the electron discharge current becomes inhomogeneous and has a maximum density near the grid. In this case, the density of the ion current extracted by the negatively infected network increases, since the degree of plasma ionization in the region of the network increases.

Для создания аксиально симметричного потока ионов внутри вакуумной камеры сетку располагают в зоне газовой ступени по замкнутому контуру симметрично оси разрядной полости камеры, и в виде полого цилиндра, образующей поверхностью которого является сетка, а магнитное поле создают посредством установки по оси цилиндра, изолированного от плазмы проводника с током. Направление тока в проводнике выбирают противоположным направлению тока разряда. При таком направлении токов, круговое магнитное поле, возникающее в проводнике, создает на движущиеся электроны силу Лоренца, вынуждающую электроны смещаться в направлении сетки и, тем самым, повышая плотность ионного тока, извлекаемого эмиссионной сеткой. To create an axially symmetric ion flow inside the vacuum chamber, the grid is placed in the gas stage zone in a closed loop symmetrically to the axis of the discharge chamber cavity, and in the form of a hollow cylinder, the grid forming the surface of which, and a magnetic field is created by installing a cylinder isolated from the plasma of the conductor along the axis with current. The direction of the current in the conductor is chosen opposite to the direction of the discharge current. With this direction of currents, a circular magnetic field arising in the conductor creates a Lorentz force on moving electrons, forcing the electrons to move in the direction of the network and, thereby, increasing the density of the ion current extracted by the emission network.

При необходимости создания параллельного ионного потока сетку располагают по плоскости раздела разрядной и рабочей полостей камеры, а за пределами разрядной полости оппозитно сетке и параллельно ей устанавливают пластину из электропроводного материала по которому пропускают ток. Направление тока в пластине противоположно направлению тока разряда. Вокруг пластины образуется магнитное поле силовые линии которого нормальны току разряда и вынуждают поток электронов сместиться в направлении сетки, увеличивая плотность извлекаемого с помощью сетки ионного тока. If it is necessary to create a parallel ion flow, the grid is placed along the interface between the discharge and working cavities of the chamber, and outside the discharge cavity, a plate of electrically conductive material is passed along the grid and parallel to it, through which current is passed. The direction of current in the plate is opposite to the direction of discharge current. A magnetic field is formed around the plate, the lines of force of which are normal to the discharge current and force the electron flow to shift in the direction of the grid, increasing the density of the ion current extracted using the grid.

Целесообразно в вышеуказанных вариантах реализации способа проводник или пластину подключать к автономному регулируемому источнику питания. В этом случае изменяя величину тока в проводнике можно изменять плотность ионного тока. It is advisable in the above embodiments of the method to connect the conductor or plate to an autonomous regulated power source. In this case, changing the magnitude of the current in the conductor, you can change the density of the ion current.

Для упрощения установки для реализации способа возможно проводник использовать в качестве токопровода к аноду, используя для регулировки плотности ионного тока любые известные способы. Для получения противоположно направленных параллельных ионных потоков разрядную полость камеры разделяют на две симметричные части перегородкой, один конец которой располагают с зазором относительно стенки разрядной полости камеры, расположенной противоположно катоду, анод и катод размещают со стороны второго, закрепляемого на стенке камеры конца перегородки по разные стороны от нее, а сетку располагают с охватом перегородки по всей ее поверхности, расположенной в зоне газовой ступени разряда. В этом способе электронный ток проходит в положительном столбе газовой плазмы по обе стороны перегородки в противоположных направлениях. Магнитные поля этих токов создают силы вынуждающие токи, текущие в плазме сместиться в направлении сетки. To simplify the installation for implementing the method, it is possible to use the conductor as a current lead to the anode, using any known methods to adjust the ion current density. To obtain oppositely directed parallel ion flows, the discharge chamber cavity is divided into two symmetric parts by a partition, one end of which is positioned with a gap relative to the chamber cavity wall located opposite the cathode, the anode and cathode are placed on the side of the second end of the partition wall fixed to the chamber wall on opposite sides from it, and the grid is located with the coverage of the partition along its entire surface located in the zone of the gas discharge stage. In this method, an electron current flows in a positive column of gas plasma on both sides of the septum in opposite directions. The magnetic fields of these currents create forces driving the currents flowing in the plasma to shift in the direction of the grid.

На фиг.1, 2, 3 и 4 изображены варианты установок для реализации способа; на фиг.5 вид А фиг.4. Figure 1, 2, 3 and 4 depict options for the installation of the method; figure 5, view A of figure 4.

Ионный источник для реализации способа (фиг.1) содержит вакуумную камеру 1, внутри камеры 1 на ее верхнем торце установлен угловой патрубок 2, угловой патрубок 2 изолирован от фланца камеры 1 изолятором 3. На глухом торце углового патрубка 2 установлен интегрально-холодный катод 4 вакуумно-дугового разряда, внутри вакуумной камеры, по ее оси установлена эмиссионная сетка 5 в виде полого цилиндра. Вблизи наиболее удаленного от катода торца сетки, противоположно ему установлен анод 6. Токоподвод к аноду 6 проходит внутри сетки 5 по ее оси внутри термоизоляционной трубки 8. Электропитание вакуумно-дугового разряда осуществляется от источника 9 постоянного тока. Экстракция и ускорение ионов с помощью эмиссионной сетки производится высоковольтным источником 10, подключаемым к сетке через ключ 11. На нижнем фланце камеры расположен катод 12 вакуумно-дугового разряда с экраном 13 и источником питания 14, предназначенным для нейтрализации объемного положительного заряда, возникающего в вакуумной камере, электронами дугового разряда. В рабочей полости вакуумной камеры устанавливаются обрабатываемые изделия 15. The ion source for implementing the method (Fig. 1) contains a vacuum chamber 1, an angular nozzle 2 is installed inside the chamber 1 at its upper end, an angular nozzle 2 is isolated from the flange of the chamber 1 by an insulator 3. An integral cold cathode 4 is installed at the blind end of the angular nozzle 2 vacuum-arc discharge, inside the vacuum chamber, along its axis there is an emission grid 5 in the form of a hollow cylinder. Near the end of the grid farthest from the cathode, anode 6 is installed opposite to it. The current supply to the anode 6 passes inside the grid 5 along its axis inside the heat-insulating tube 8. The vacuum-arc discharge is powered from a direct current source 9. The ions are extracted and accelerated using the emission grid by a high-voltage source 10 connected to the grid through a key 11. A vacuum arc discharge cathode 12 with a screen 13 and a power source 14 designed to neutralize the positive volumetric charge arising in the vacuum chamber is located on the lower flange of the chamber , electrons of an arc discharge. In the working cavity of the vacuum chamber, the processed products 15 are installed.

Установка (фиг. 2) содержит вакуумную камеру 1 с установленной в ней изолированной разрядной камерой (полостью) 16. На торце разрядной камеры 16 установлены катод 4 и анод 6 вакуумно-дугового разряда, между которыми расположена перегородка 17. Перегородка 17 образует зазор 18 с торцевой стенкой разрядной камеры. Вблизи катода 4 установлены оптически непрозрачный, но проницаемый для электронов экран 19. Параллельно перегородке установлена эмиссионная сетка 5. Напротив сетки расположены обрабатываемые изделия 15. Катод и анод двухступенатого вакуумно-дугового разряда подключены к источнику питания 9. Эмиссионная сетка подключена к источнику питания 10. The installation (Fig. 2) contains a vacuum chamber 1 with an insulated discharge chamber (cavity) 16 installed in it. At the end of the discharge chamber 16 there is a cathode 4 and anode 6 of a vacuum arc discharge, between which a partition 17 is located. The partition 17 forms a gap of 18 s end wall of the discharge chamber. An optically opaque, but permeable to electrons screen 19 is installed near the cathode 4. An emission grid 5 is installed in parallel with the septum. Opposite the grid are the processed products 15. The cathode and anode of a two-stage vacuum arc discharge are connected to a power source 9. The emission grid is connected to a power source 10.

Ионный источник (фиг. 3 и 4) содержит вакуумную камеру 1, состоящую из рабочей 20 и разрядной 21 полостей. В разрядной полости вблизи одного из оснований с размерами а и b установлен катод 4 и непроницаемый для ионов, но проницаемый для электронов разряда экран 19. У противоположного основания с теми же размерами установлен анод 6 вакуумно-дугового разряда. Экран 19 делит разрядную полость на катодную и анодную части. В анодной части разрядной полости имеется прямоугольное отверстие, через которое разрядная полость сообщается с рабочей полостью вакуумной камеры 1. Разрядная и рабочая полости сообщаются между собой через изолирующую прокладку 3. В прямоугольном отверстии установлена эмиссионная сетка 5. Снаружи разрядной полости со стороны ее основания с размерами b˙c установлена металлическая пластина 22 по всей длине анодной части разрядной полости. Размер сечения пластины, по крайней мере не менее размера b в разрядной полости. Электропитание вакуумно-дугового разряда осуществляется от источника питания 9 постоянного тока. Извлечение ионного потока из плазмы газового разряда анодной части в разрядной полости производится с помощью отрицательного потенциала на эмиссионной сетке 5 от высоковольтного источника 10. Магнитное поле от пластины 22 образуется с помощью источника 23. На фиг.4 и 5 также показан штриховкой столб плазмы. The ion source (Fig. 3 and 4) contains a vacuum chamber 1, consisting of a working 20 and a discharge 21 cavities. A cathode 4 is installed in the discharge cavity near one of the bases with dimensions a and b, and a screen 19 is impermeable to ions but permeable to electrons of the discharge. Anode 6 of a vacuum arc discharge is installed at the opposite base with the same dimensions. The screen 19 divides the discharge cavity into the cathode and anode parts. In the anode part of the discharge cavity there is a rectangular hole through which the discharge cavity communicates with the working cavity of the vacuum chamber 1. The discharge and working cavities communicate with each other through an insulating gasket 3. An emission grid is installed in the rectangular hole 5. Outside of the discharge cavity from the base side with dimensions b˙c a metal plate 22 is installed along the entire length of the anode part of the discharge cavity. The size of the cross section of the plate, at least not less than size b in the discharge cavity. The power supply of the vacuum-arc discharge is carried out from a power source 9 DC. The extraction of the ion flow from the plasma of the gas discharge of the anode part in the discharge cavity is carried out using the negative potential on the emission grid 5 from the high-voltage source 10. The magnetic field from the plate 22 is generated using the source 23. Figures 4 and 5 also show the shading of the plasma column.

Осуществляется заявленный способ следующим образом. The claimed method is carried out as follows.

В разрядной полости вакуумной камеры 1 между катодом 4 и анодом 6 при парциальном давлении рабочего газа (аргон, азот, кислород, углеводородсодержащие газы) 10^-1-10 Па возбуждается двухступенчатый вакуумно-дуговой разряд. В разрядной полости 21 образуются две области катодная и анодная, границей которых служит оптически непрозрачная, но проницаемая для электронов перегородка 19 (шеврон). Катодная часть разрядной полости 3 заполнена металлогазовой плазмой, анодная часть чисто газовой плазмой. Газовая плазма равномерно заполняет все пространство анодной части, поэтому ток ионов в направлении прямоугольного отверстия составляет S_ок/S_ач, где S_ок площадь прямоугольного окна, S_ач площадь анодной части разрядной камеры. Если по пластине 22, пропустить электрический ток от источника 9 (фиг.3) или источника 23 (фиг.4) постоянного тока в направлении, при котором разрядный ток I_р направлен во встречном направлении, то вокруг пластины образуется магнитное поле. Такое же магнитное поле образуется вокруг плазменного токового шнура в анодной части разрядной камеры. Между магнитными полями возникает силовое взаимодействие, которое вынуждает плазменный токовый шнур отжиматься в направлении сетки 5. Таким образом, повышается поток ионов на сетку и снижается поток ионов на стенки анодной части разрядной камеры. При подаче высоковольтного отрицательного потенциала на сетку, относительно газовой плазмы, заполняющей анодную часть разрядной камеры, вблизи сетки появляется двойной электрический слой, из которого извлекаются ионы газовой плазмы. В электрическом поле двойного слоя ионы ускоряются и проникают в рабочее пространство вакуумной камеры, в котором установлены обрабатываемые изделия 15. Для нейтрализации объемного положительного заряда ионов, в рабочей части вакуумной камеры располагают нейтрализатор (фиг.1). Им может быть накаляемая вольфрамовая спираль, обеспечивающая эмиссию электронов, для нейтрализации ионного потока ионного источника.In the discharge cavity of the vacuum chamber 1 between the cathode 4 and the anode 6 at a partial pressure of the working gas (argon, nitrogen, oxygen, hydrocarbon-containing gases) 10 ^-1 -10 Pa, a two-stage vacuum arc discharge is excited. In the discharge cavity 21, two cathodic and anodic regions are formed, the boundary of which is an optically opaque, but permeable to electrons septum 19 (chevron). The cathode part of the discharge cavity 3 is filled with metal-gas plasma, the anode part is purely gas plasma. The gas plasma uniformly fills the entire space of the anode part, so the ion current in the direction of the rectangular hole is S _ok / S _ah , where S _{ok the} area of the rectangular window, S _{ah the} area of the anode part of the discharge chamber. If we let electric current pass through the plate 22 from the source 9 (Fig. 3) or the direct current source 23 (Fig. 4) in the direction in which the discharge current I _{p is} directed in the opposite direction, a magnetic field is generated around the plate. The same magnetic field is formed around the plasma current cord in the anode part of the discharge chamber. A force interaction arises between the magnetic fields, which forces the plasma current cord to be wrung out in the direction of grid 5. Thus, the ion flux to the grid increases and the ion flux to the walls of the anode part of the discharge chamber decreases. When a high-voltage negative potential is applied to the grid relative to the gas plasma filling the anode part of the discharge chamber, a double electric layer appears near the grid, from which the gas plasma ions are extracted. In the electric field of the double layer, ions are accelerated and penetrate into the working space of the vacuum chamber in which the workpiece 15 is installed. To neutralize the positive volumetric charge of ions, a neutralizer is placed in the working part of the vacuum chamber (Fig. 1). It can be an incandescent tungsten spiral, which provides electron emission, to neutralize the ion flux of the ion source.

Расстояние между элементами сетки d должно быть таким, чтобы выполнялось соотношение
2d<

где d ширина слоя ионного объемного заряда, отделяющего коллектор ионов (сетку) от границы плазмы;
М масса иона рабочего газа;
U напряжение на сетке;
j плотность тока положительных ионов на сетку.The distance between the grid elements d must be such that the relation
2d <

where d is the width of the layer of ionic space charge separating the ion collector (grid) from the plasma boundary;
M is the mass of the working gas ion;
U voltage on the grid;
j current density of positive ions on the grid.

Проверка работоспособности способа производилась на источнике ионов (фиг. 3). Был изготовлен макет, который имел следующие рабочие характеристики: а расстояние от основания разрядной полости до сетки 30 мм; b ширина разрядной полости 150 мм; с длина разрядной полости 900 мм; размер окна, в котором установлена сетка 720х150 мм; размер сетки 700х140 мм; напряжение на сетке 1000 В; размер ячеек сетки 3х3; диаметр проволоки сетки 0,5 мм; прозрачность сетки 0,7; ток сетки 2,3 А; ток ионов на зонд, установленный в 20 мм от сетки 5,5 А; ток разряда 50 А; катод из алюминия, пластина включена последовательно с анодом; напряжение между анодом и катодом 80 В. При подключении положительного полюса источника питания непосредственно к аноду, минуя пластину, ионный ток составляет 2 А вместо 5,5 А по предлагаемому способу. Check the efficiency of the method was carried out at the source of ions (Fig. 3). A layout was made that had the following performance characteristics: and the distance from the base of the discharge cavity to the grid was 30 mm; b width of the discharge cavity 150 mm; with the length of the discharge cavity 900 mm; the size of the window in which the grid is installed 720x150 mm; mesh size 700x140 mm; grid voltage 1000 V; mesh size 3x3; mesh wire diameter 0.5 mm; mesh transparency 0.7; grid current 2.3 A; the ion current to the probe installed at 20 mm from the 5.5 A grid; discharge current 50 A; the cathode is made of aluminum, the plate is connected in series with the anode; the voltage between the anode and cathode is 80 V. When you connect the positive pole of the power source directly to the anode, bypassing the plate, the ion current is 2 A instead of 5.5 A according to the proposed method.

Claims

1. METHOD FOR ION BEAM GENERATION, including excitation between the cathode and anode mounted in a closed discharge cavity of a vacuum chamber, an electric gas discharge, the formation of a plasma emission boundary between the discharge cavity and the electrically isolated working cavity of the vacuum chamber in communication with it, and ion acceleration by supplying a negative potential on an emission grid electrically isolated from the vacuum chamber, characterized in that a two-stage vacuum pump is excited in the discharge cavity an integrated discharge with an integrally cold cathode with spatially separated metal-gas and gas stages, while the metal-gas stage of the discharge is spatially separated from the working cavity of the vacuum chamber and a negative potential is supplied to the emission grid located in the zone of the gas stage of the discharge, moreover, in the gas plasma along the discharge channel create a magnetic field, the lines of force of which are perpendicular to the direction of the discharge current and directed so as to ensure displacement of the discharge plasma Nogo channel toward the emission mesh.

2. The method according to p. 1, characterized in that they use a closed-circuit emission grid placed around the gas stage of the discharge symmetrically with respect to the longitudinal axis of symmetry of the discharge chamber cavity, and create a magnetic field using a conductor isolated from the plasma in the form of a rod mounted in the discharge cavity coaxially with the emission grid, through which a current of the opposite direction with respect to the discharge current is passed.

3. The method according to claim 1, characterized in that they use an emission grid installed in the interface between the discharge and working cavities of the chamber, and the magnetic field is created using a conductor in the form of a flat plate mounted parallel to the grid on the opposite side of the discharge cavity of the chamber, in this case, a current of the opposite direction with respect to the discharge current is passed through the plate.

4. The method according to PP. 2 and 3, characterized in that the ends of the conductor are connected to an additional power source.

5. The method according to PP. 2 and 3, characterized in that one end of the conductor is connected to the positive pole of the arc discharge power source, and the other to the anode.

6. The method according to claim 1, characterized in that the discharge cavity is spatially divided into two symmetric parts by means of a partition, one end of which is located with a gap relative to the wall of the discharge cavity of the chamber, and the other is mounted on the opposite wall of the chamber, along which from opposite sides of the partition an anode and a cathode are respectively installed, and an emission grid is used covering the partition in the zone of the gas stage of the discharge over its entire surface.

7. The method according to claim 6, characterized in that they use a partition made of non-conductive material.