RU2076384C1 - Plasma source of negative atomic ions - Google Patents
Plasma source of negative atomic ions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2076384C1 RU2076384C1 RU94025083/07A RU94025083A RU2076384C1 RU 2076384 C1 RU2076384 C1 RU 2076384C1 RU 94025083/07 A RU94025083/07 A RU 94025083/07A RU 94025083 A RU94025083 A RU 94025083A RU 2076384 C1 RU2076384 C1 RU 2076384C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- plasma
- chamber
- length
- plasma source
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электронным и газоразрядным устройствам, и может быть использовано при создании устройств, моделирующих условия ионосферы Земли, в научных исследованиях характеристик элементарных процессов при столкновениях отрицательных ионов с нейтральными и заряженными частицами, а также при генерации атомных пучков. The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electronic and gas-discharge devices, and can be used to create devices simulating the Earth's ionosphere conditions, in scientific studies of the characteristics of elementary processes in the collisions of negative ions with neutral and charged particles, as well as in the generation of atomic beams.
В настоящее время весьма актуальной является задача создания технологических плазменных источников моноэнергетичных пучков отрицательных ионов низких энергий (несколько эВ). При физическом моделировании воздействия потоков атомарного кислорода на наружную бортовую аппаратуру космических аппаратов, функционирующих на низких околоземных орбитах, особенно важно получение ионных пучков без сопутствующих электронов, затрудняющих моделирование натурных условий вследствие ионизации и возбуждения. Currently, the task of creating technological plasma sources of monoenergetic beams of negative low-energy ions (several eV) is very urgent. In the physical modeling of the effects of atomic oxygen fluxes on the outer airborne equipment of spacecraft operating in low Earth orbits, it is especially important to obtain ion beams without accompanying electrons, which complicate the modeling of natural conditions due to ionization and excitation.
Авторам не известны плазменные источники пучков атомарных ионов, не содержащих электронной компоненты. The authors are not aware of the plasma sources of atomic ion beams that do not contain an electronic component.
Известны плазменные источники отрицательных ионов. Например, плазменный источник отрицательных ионов кислорода (Данилина Т.И. и др. ПТЭ, 1968, N 3, с. 158), основанный на использовании разряда Пеннинга с холодными катодами и извлечением ионов перпендикулярно магнитному полю. Он содержит размещенные в герметичном корпусе два катода полюсных наконечника постоянных магнитов, плоский ферромагнитный круговой анод с отверстием в центре для экстракции ионов, а также ускоряющий электрод и электростатическую линзу. При разрядном токе 150 мA, анодном напряжении 500 В и ускоряющем потенциале 2.3 кВ он обеспечивает ток пучка отрицательных ионов кислорода (О-) 50 мка с сопутствующим электронным током 30 мА.Plasma sources of negative ions are known. For example, a plasma source of negative oxygen ions (Danilina T.I. et al. PTE, 1968, No. 3, p. 158), based on the use of a Penning discharge with cold cathodes and ion extraction perpendicular to the magnetic field. It contains two cathodes of permanent magnet tips located in a sealed enclosure, a flat ferromagnetic circular anode with a hole in the center for ion extraction, and an accelerating electrode and an electrostatic lens. At a discharge current of 150 mA, an anode voltage of 500 V, and an accelerating potential of 2.3 kV, it provides a beam current of negative oxygen ions (O - ) of 50 μa with a concomitant electronic current of 30 mA.
Недостатками источника являются наличие электронной компоненты в выходном пучке, ток которой в 600 раз превышает ток пучка О-, а также сравнительная сложность конструкции.The disadvantages of the source are the presence of an electronic component in the output beam, the current of which is 600 times higher than the beam current O - , as well as the comparative complexity of the design.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по достигаемому эффекту является выбранный нами в качестве прототипа плазменный источник атомарных ионов водорода (Н-) [Антипов С.П. Елизаров Л. И. Мартынов М.И. Чесноков В.М. ПТЭ, 1984, N 4, с. 42-44] с аксиально-симметричной геометрией и радиальным магнитным полем. Основными элементами его конструкции являются: герметичный корпус с отверстием для ввода рабочего газа, находящиеся внутри корпуса нагреваемый полый катод, вспомогательный анод (служащий для зажигания разряда), основной анод в форме диска, снабженного выходными отверстиями, вблизи которых расположен ускоряющий электрод, магнитная система, создающая радиальное магнитное поле и состоящая из внутреннего и внешнего магнитных полюсов, представляющих собой аксиально расположенные полые стальные цилиндры с магнитной катушкой между ними (катод находится во внутреннем полюсе). Разряд горит между полым катодом и основным анодом. Ионы извлекаются в направлении, перпендикулярном магнитному полю, через отверстия в аноде. Источник при разрядном токе 50 А и вкладываемой мощности 3 кВт позволяет получать ионный ток до 0,7 А при токе сопутствующих электронов 1,2.1,4 А.Closest to the proposed invention by the achieved effect is the plasma source of atomic hydrogen ions (H - ) chosen by us as a prototype [Antipov S.P. Elizarov L.I. Martynov M.I. Chesnokov V.M. PTE, 1984, N 4, p. 42-44] with axially symmetric geometry and radial magnetic field. The main elements of its design are: a sealed housing with an opening for introducing working gas, a heated hollow cathode located inside the housing, an auxiliary anode (used to ignite the discharge), a main anode in the form of a disk equipped with outlet openings near which an accelerating electrode is located, and a magnetic system, creating a radial magnetic field and consisting of internal and external magnetic poles, which are axially arranged hollow steel cylinders with a magnetic coil between them (ka Tod is in the inner pole). The discharge burns between the hollow cathode and the main anode. Ions are extracted in a direction perpendicular to the magnetic field through holes in the anode. The source with a discharge current of 50 A and an enclosed power of 3 kW allows to obtain an ion current of up to 0.7 A with a current of accompanying electrons of 1.2.1.4 A.
Основным недостатком данного источника является также сравнительно большая доля электронной компоненты в пучке извлекаемых частиц. Другим существенным недостатком является сложность конструкции, обусловленная необходимостью использования магнитной катушки, нагреваемого катода и вспомогательного анода. The main disadvantage of this source is also the relatively large proportion of the electronic component in the beam of extracted particles. Another significant drawback is the design complexity, due to the need to use a magnetic coil, a heated cathode and an auxiliary anode.
Технический эффект плазменного источника отрицательных атомарных ионов предлагаемой нами конструкции заключается в обеспечении получения непосредственно на выходе плазменного источника стабильных интенсивных импульсных пучков отрицательных ионов электроотрицательных газов, практически не содержащих сопутствующих электронов. Предлагаемый источник конструктивно прост, компактен, что позволяет с успехом использовать его в лабораторных установках ограниченных размеров, моделирующих условия земной ионосферы. The technical effect of the plasma source of negative atomic ions of our design is to ensure that directly at the output of the plasma source, stable intense pulsed beams of negative ions of electronegative gases are obtained that practically do not contain accompanying electrons. The proposed source is structurally simple, compact, which allows it to be successfully used in laboratory facilities of limited size, simulating the conditions of the earth's ionosphere.
Технический эффект достигается тем, что плазменный источник отрицательных атомарных ионов представляет собой герметичную электроразрядную камеру с входным и выходным отверстиями, соединенные с источниками питания электроды: основные, размещенные в камере, и ускоряющий, размещенный за ее выходным отверстием. Новым в нем является то, что внутренняя стенка камеры длиной L в зоне разряда (вместо распространенного понятия "разрядный промежуток" использован термин "зона разряда" т.е. область, где происходит ионизация газа, поскольку возможна конструктивная реализация предлагаемого изобретения, когда проводящей стенкой является внутренняя поверхность одного из основных электродов) выполнена проводящей и соединена с источником питания, источники питания выбраны импульсными, выходное отверстие размещено в проводящей стенке, а длина L проводящей поверхности найдена из условия L ≥ 2S, L < l, где D ширина электроразрядной камеры, l длина зоны разряда. The technical effect is achieved by the fact that the plasma source of negative atomic ions is a sealed electric discharge chamber with inlet and outlet openings, electrodes connected to the power sources: main electrodes placed in the chamber and accelerating one located behind its outlet. What is new in it is that the inner wall of the chamber is of length L in the discharge zone (instead of the common concept of “discharge gap”, the term “discharge zone” is used, i.e., the region where gas ionization occurs, since the constructive implementation of the invention when a conducting wall is the inner surface of one of the main electrodes) is conductive and connected to a power source, the power sources are selected pulsed, the outlet is placed in the conductive wall, and the length L of the conductive erhnosti found from the condition of L ≥ 2S, L <l, wherein the width of the discharge chamber D, l the length of the discharge zone.
При исследованиях электрокинетических характеристик газоразрядной плазмы нами теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность управления диффузией заряженных частиц в распадающейся плазме в масштабах, значительно превышающих дебаевский радиус rd, путем изменения потенциала проводящей границы плазмы. Это позволило получать в распадающейся плазме импульсно-периодических разрядов в электроотрицательных газах регулируемые по длительности потоки на стенку отрицательных атомарных ионов, практически не содержащие электронов. Теоретическое обоснование и экспериментальные данные вынесены в Приложение.When studying the electrokinetic characteristics of a gas-discharge plasma, we theoretically substantiated and experimentally confirmed the possibility of controlling the diffusion of charged particles in a decaying plasma at scales significantly exceeding the Debye radius r d by changing the potential of the conducting plasma boundary. This made it possible to obtain, in a decaying plasma of pulse-periodic discharges in electronegative gases, duration-controlled fluxes to the wall of negative atomic ions that are practically free of electrons. The theoretical justification and experimental data are presented in the Appendix.
На фиг. 1 показана схема предлагаемого плазменного источника, где герметичная камера 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, основные электроды 4 (катод), 5 (анод), ускоряющий электрод 6, импульсные источники питания 7, 8 и 9, проводящая поверхность (пристеночный электрод) 10, система ввода газа 11, вакуумная камера 12, длина проводящей поверхности L, длина зоны разряда l, ширина электроразрядной камеры D. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed plasma source, where a sealed
На фиг. 2 изображены зависимости электронной концентрации Ne и диффузионного потока отрицательных ионов на проводящую стенку Г- в импульсно-периодическом разряде в зависимости от времени t, где Т период следования разрядных импульсов, Т0 и Т1 соответственно моменты образования ион-ионной плазмы при отсутствии и при наличии (пунктир) управляющего напряжения, подаваемого на проводящую стенку в момент времени Тэ.In FIG. Figure 2 shows the dependences of the electron concentration N e and the diffusion flux of negative ions on the conducting wall Г - in a repetitively pulsed discharge as a function of time t, where T is the period of discharge pulses, T 0 and T 1, respectively, the moments of formation of an ion-ion plasma in the absence and in the presence of (dashed) control voltage supplied to the conductive wall at time T e .
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Герметичный корпус 1, подсоединенный со стороны выходного отверстия 3 к вакуумной камере 12, предварительно откачивают. После этого с помощью системы ввода рабочего газа 11 обеспечивают прокачку газа через входное отверстие 2; скорость прокачки выбирают такой, чтобы рабочее давление в источнике не превосходило 0,1.0,2 Тор (Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. М. Атомиздат, 1972, с. 177). С помощью импульсного источника 7 в рабочем газе возбуждают импульсно-периодический разряд с периодом следования разрядных импульсов Т. Через время Т0 электроны уходят из объема, плазма становится ион-ионной (см. Приложение). При подаче на ускоряющий электрод 6 от источника питания 9 положительного напряжения U на время t < T Т0 на выходе плазменного источника 3 получают импульсный пучок отрицательных ионов с энергией еU.The proposed device operates as follows. The sealed
Переход к режиму ион-ионной плазмы в более ранний момент Т1 < Т0 может быть достигнут, если подавать с помощью источника питания 8 на пристеночный электрод небольшие положительные потенциалы Uэ начиная с момента времени Тэ < Т1 < Т0. В этом случае Т1 зависит как от Тэ, так и от Uэ. Варьируя последние два параметра, можно регулировать Т1, и тем самым обеспечивать возможность получения импульсного пучка отрицательных ионов, не содержащих электронов, с периодом следования импульсов Т и с их длительностью Т-Т1 > Т-Т0. Таким образом, благодаря тому, что часть стенки в разрядной камере выполнена проводящей, в зоне разряда присутствует дополнительный пристеночный электрод, управляющие напряжения на котором позволяют регулировать длительность импульса пучка отрицательных ионов.The transition to the ion-ion plasma mode at an earlier moment T 1 <T 0 can be achieved if small positive potentials U e are applied to the wall electrode using a power source 8 starting from the moment of time T e <T 1 <T 0 . In this case, T 1 depends on both T e and U e . By varying the last two parameters, it is possible to adjust T 1 , and thereby ensure the possibility of obtaining a pulsed beam of negative ions containing no electrons, with a pulse repetition period T and with their duration T-T 1 > T-T 0 . Thus, due to the fact that part of the wall in the discharge chamber is made conductive, an additional parietal electrode is present in the discharge zone, the control voltages on which allow the pulse duration of the beam of negative ions to be regulated.
Заявленный плазменный источник реализован в следующей конструкции. В качестве герметичной камеры выбрана стеклянная разрядная трубка длиной 180 мм, внутренним диаметром 35 мм, с алюминиевыми электродами и пристеночным никелевым цилиндром длиной 70 мм. Через трубку прокачивался кислород и зажигался импульсно-периодический разряд с Т 320 мкс, напряжением между разрядными электродами 900 В, током в импульсе 50 мА. Стационарное давление в трубке при этом составляло 0,04 Тор. Ток заряженных частиц через выходное отверстие диаметром 1,2 мм измерялся с помощью плоского молибденового коллектора, соотношение электронной и ионной компоненты в пучке контролировалось зондовыми измерениями вблизи выходного отверстия (Козлов О.В. Электрический зонд в плазме. М. Атомиздат, 1969). Временное разрешение при измерениях составляло 10 мкс. Результаты измерений ионного Ii и электронного Ie токов на коллектор при U + 8 В в моменты t1 100 мкм, t2 180 мкс после разрядного импульса представлены в таблице. Как видно из таблицы, ток ионной компоненты пучка более чем на порядок превосходит ток электронов.The claimed plasma source is implemented in the following design. A glass discharge tube with a length of 180 mm, an inner diameter of 35 mm, with aluminum electrodes and a wall nickel cylinder with a length of 70 mm was chosen as a sealed chamber. Oxygen was pumped through the tube and a pulse-periodic discharge was ignited with T 320 μs, voltage between the discharge electrodes 900 V, current in the pulse 50 mA. The stationary pressure in the tube was 0.04 Torr. The current of charged particles through an outlet of 1.2 mm diameter was measured using a flat molybdenum collector, the ratio of the electron and ion components in the beam was monitored by probe measurements near the outlet (O. Kozlov, Electric plasma probe. M. Atomizdat, 1969). The temporal resolution in the measurements was 10 μs. The results of measurements of the ion I i and electronic I e currents to the collector at U + 8 V at moments t 1 100 μm, t 2 180 μs after the discharge pulse are presented in the table. As can be seen from the table, the current of the ion component of the beam exceeds the electron current by more than an order of magnitude.
Плазменный источник ионов был использован при лабораторном моделировании условий полета космических аппаратов в ионосфере Земли. За время эксплуатации в течение 120 ч основные параметры источника (импульсный ток при заданном напряжении разряда, рабочее давление при заданной скорости прокачки газа) оставались практически неизменными; режимы работы, когда в выходном пучке электронная компонента практически отсутствует (см. таблицу), воспроизводились. A plasma ion source was used in laboratory simulation of the flight conditions of spacecraft in the Earth's ionosphere. During operation for 120 hours, the main parameters of the source (pulse current at a given discharge voltage, operating pressure at a given gas pumping rate) remained virtually unchanged; operating modes when the electronic component in the output beam is practically absent (see table) were reproduced.
Таким образом, плазменный источник отрицательных атомарных ионов обеспечивает возможность получения стабильных интенсивных ионных пучков, что позволяет использовать его при создании устройств, моделирующих условия ионосферы Земли, в научных исследованиях характеристик элементарных процессов при столкновениях отрицательных ионов с нейтральными и заряженными частицами, а также при генерации атомных пучков. Кроме того, подобные устройства могут использоваться как источники отрицательных ионов электроотрицательных газов с достаточно большой (более 0,5 эВ) энергией сродства электрона (Н, Сl, I и др.) в электростатических ускорителях, в промышленных технологических установках различного назначения. Thus, the plasma source of negative atomic ions provides the possibility of obtaining stable intense ion beams, which allows it to be used to create devices simulating the Earth’s ionosphere in scientific studies of the characteristics of elementary processes in the collisions of negative ions with neutral and charged particles, as well as in the generation of atomic bundles. In addition, such devices can be used as sources of negative ions of electronegative gases with a sufficiently large (more than 0.5 eV) electron affinity energy (H, Cl, I, etc.) in electrostatic accelerators and in industrial technological plants for various purposes.
Приложение. Application.
Известно, что при помещении в плазму заряженного тела вблизи его поверхности происходит поляризация плазмы, приводящая с экранированию соответствующего электрического поля. Характерный пространственный масштаб такого экранирования равен дебаевскому радиусу
rd [см] 500 (Те [эВ]/N[см-3])1/2
(где Те и N температура и концентрация заряженных частиц). Для типичных условий газового разряда rd < 11 мм. Поэтому прикладывание к проводнику на границе плазмы небольших (несколько вольт) электрических потенциалов, не вызывающих возникновения самостоятельного (или несамостоятельного) электрического разряда, непосредственно не приводит к изменению распределения электрических полей в плазме, а следовательно, к изменению характера диффузии заряженных частиц. Однако через время порядка
t[c] = 1/ωp= 1,79•10-5/N[см-3]1/2
(временной масштаб разделения зарядов в плазме) после включения такого потенциала изменится величина пристеночного скачка потенциала на границе плазмы. В зависимости от величины установившегося потенциала еФ на этой границе изменится характер рекомбинации заряженных частиц на ней: частицы, имеющие нормальную составляющую кинетической энергии Еn > еФ, будут рекомбинировать на границе, с энергией Еn < еФ отражаться от потенциального барьера. Если характерный размер проводника на границе плазмы L>Λ (диффузионная длина), то в соответствии с изменившимися граничными условиями изменяется и профиль амбиполярного потенциала в плазме, контролирующий скорость диффузии заряженных частиц к ее границам.It is known that when a charged body is placed in a plasma near its surface, plasma polarization occurs, resulting in shielding of the corresponding electric field. The characteristic spatial scale of such shielding is equal to the Debye radius
r d [cm] 500 (T e [eV] / N [cm -3 ]) 1/2
(where T e and N are the temperature and concentration of charged particles). For typical gas discharge conditions r d <11 mm. Therefore, the application of small (several volts) electric potentials to the conductor at the plasma boundary, which do not cause an independent (or non-independent) electric discharge, does not directly lead to a change in the distribution of electric fields in the plasma, and therefore, to a change in the nature of diffusion of charged particles. However, after a time of order
t [c] = 1 / ω p = 1.79 • 10 -5 / N [cm -3 ] 1/2
(time scale of separation of charges in a plasma) after the inclusion of such a potential, the value of the near-wall potential jump at the plasma boundary will change. Depending on the value of the established potential eF at this boundary, the nature of the recombination of charged particles on it will change: particles having the normal component of the kinetic energy E n > eF will recombine at the boundary, with an energy E n <eF reflected from the potential barrier. If the characteristic size of the conductor at the plasma boundary is L> Λ (diffusion length), then, in accordance with the changed boundary conditions, the profile of the ambipolar potential in the plasma also changes, which controls the rate of diffusion of charged particles to its boundaries.
Характер диффузионного движения заряженных частиц изучался нами экспериментально в распадающейся плазме импульсно-периодического разряда (Т 500. 1000 мкс, длительность импульса 3.30 мкс) в гелии, азоте и кислороде низкого (0,03.1 Тор) давления, возбуждаемого в стеклянной трубке диаметром 35 мм с молибденовыми электродами. Внутри трубки был размещен изготовленный из никелевой фольги полый металлический цилиндр длиной 70 мм, прилегающий к стенкам трубки. Были выполнены зондовые измерения распределения электрического потенциала, а также электронных концентраций в распадающейся плазме внутри никелевого цилиндра в условиях, когда на него подавались небольшие положительные и отрицательные потенциалы. Установлено, что прикладывание таких потенциалов влечет за собой изменение скорости диффузионного ухода заряженных частиц из объема. Так, в распадающейся плазме гелия (давление гелия 0,7 Тор, импульс тока 0,7 А, длительность импульса 15 мкс, Т 440 мкс) через Тэ 20 мкс после окончания разряда на пристеночный цилиндр подавался импульс положительного напряжения длительностью 200 мкс и амплитудой 5 В. В результате с помощью зондовых измерений был зарегистрирован более быстрый спад электронной концентрации на оси разрядной трубки (с 1,1•1011 до 6,0•1010 см-3 вместо 9,0•1010 см-3) в течение указанных 200 мкс. Таким образом, возможность регулировать скорость процессов диффузии при эволюции газоразрядной распадающейся плазмы низкого давления путем небольших изменений потенциала проводника на границе плазмы подтверждена экспериментально.The nature of the diffusion motion of charged particles was studied by us experimentally in a decaying plasma of a repetitively pulsed discharge (T 500. 1000 μs, pulse duration 3.30 μs) in helium, nitrogen and oxygen of low pressure (0.03.1 Torr) excited in a glass tube with a diameter of 35 mm s molybdenum electrodes. A hollow metal cylinder 70 mm long, adjacent to the walls of the tube, was placed inside the tube, made of nickel foil. Probe measurements of the distribution of the electric potential, as well as electron concentrations in the decaying plasma inside the nickel cylinder, were performed under conditions when small positive and negative potentials were applied to it. It is established that the application of such potentials entails a change in the rate of diffusion escape of charged particles from the volume. So, in a decaying helium plasma (helium pressure 0.7 Torr, current pulse 0.7 A, pulse duration 15 μs, T 440 μs), through T e 20 μs after the end of the discharge, a positive voltage pulse with a duration of 200 μs and amplitude was applied to the wall cylinder 5 V. As a result, using probe measurements, a faster decrease in the electron concentration on the axis of the discharge tube was recorded (from 1.1 • 10 11 to 6.0 • 10 10 cm -3 instead of 9.0 • 10 10 cm -3 ) the specified 200 μs. Thus, the ability to control the rate of diffusion processes during the evolution of a gas-discharge decaying low-pressure plasma by small changes in the conductor potential at the plasma boundary is confirmed experimentally.
Выполнен теоретический анализ баланса концентраций электронов, а также положительных и отрицательных ионов в распадающейся плазме электроотрицательных газов. Ионный состав такой плазмы определяется преимущественно молекулярными ионами A
T0= Λ2/2Dpln(1+1/a0)
после окончания разрядного импульса, где Λ диффузионная длина, Dp коэффициент диффузии положительных ионов; а0 отношение концентрации отрицательных ионов к концентрации электронов к моменту окончания разрядного импульса.A theoretical analysis of the balance of electron concentrations, as well as positive and negative ions in a decaying plasma of electronegative gases, has been performed. The ionic composition of such a plasma is determined mainly by molecular ions A
T 0 = Λ 2 / 2D p ln (1 + 1 / a 0 )
after the end of the discharge pulse, where Λ is the diffusion length, D p is the diffusion coefficient of positive ions; and 0 is the ratio of the concentration of negative ions to the concentration of electrons by the time the discharge pulse ends.
Выполнены эксперименты по исследованию импульсно-периодического разряда в кислородной плазме при использовании различных газоразрядных устройств. По измерениям зондовых вольт-амперных характеристик в разряде в стеклянной трубке диаметром 35 мм при давлении 0,07 Тор, Т 560 мкс, длительности импульсов 32 мкс, токе в импульсе 10 мА установлено, что через Т0 200 мкс после окончания разрядного импульса происходит скачкообразный переход от электрон-ионной к ион-ионной плазме, обусловленный диффузионным уходом электронов из объема при сохранении большей части положительных и отрицательных ионов. Аналогичный эффект наблюдался через Т0 20.50 мкс после разрядного импульса в импульсно-периодическом разряде с Т 150.500 мкс, длительностью импульса 5 20 мкс, током в импульсе 500 мА при давлениях 0,5-3 Тор и диаметре зоны разряда 3 мм. В указанных экспериментах плотности токов отрицательных ионов из ион-ионной плазмы на стеночный зонд при потенциале + 5В составляли 10 мка/мм2 и более.Experiments have been performed to study a periodic pulsed discharge in oxygen plasma using various gas-discharge devices. From measurements of probe current-voltage characteristics in a discharge in a glass tube with a diameter of 35 mm at a pressure of 0.07 Torr, T 560 μs, pulse duration 32 μs, and a current in a pulse of 10 mA, it was found that after T 0 200 μs after the end of the discharge pulse, an abrupt the transition from electron-ion to ion-ion plasma, due to the diffusion escape of electrons from the volume while maintaining most of the positive and negative ions. A similar effect was observed through T 0 20.50 μs after a discharge pulse in a periodic pulse with T 150.500 μs, pulse duration 5 20 μs, current in a pulse of 500 mA at pressures of 0.5-3 Torr and a discharge zone diameter of 3 mm. In these experiments, the current densities of negative ions from the ion-ion plasma to the wall probe at a potential of + 5V were 10 µa / mm 2 or more.
В соответствии с вышеизложенным, при совместном использовании эффекта образования ион-ионной плазмы и методики управления диффузией заряженных частиц эволюция электронной концентрации Nе и диффузионного потока отрицательных ионов на стенку Г- будет соответствовать изображенной на фиг. 2. Подавая на пристеночный электрод разрядного устройства регулируемые по величине и длительности потенциалы Uэ в некоторый момент времени Тэ (пунктир на фиг. 2), можно обеспечить на границе плазмы поток отрицательных ионов длительностью Т Т1 > T Т0 (где Т1 зависит от Тэ и Uэ). Отметим, что таким способом можно получить импульсный поток отрицательных ионов к стенке даже в условиях, когда "естественным" образом он не реализуется, т.е. Т < Т0.In accordance with the foregoing, the sharing effect of formation of ion-ion plasma techniques and control diffusion of charged particles evolution electron density N e and the diffusion flux of negative ions to the wall F - will correspond to FIG. 2. By applying potentials U e to the wall electrode of the discharge device at a certain moment of time T e (dashed line in Fig. 2), it is possible to provide a stream of negative ions with a duration of T T 1 > T T 0 (where T 1 depends on T e and U e ). Note that in this way it is possible to obtain a pulsed flow of negative ions to the wall even under conditions when it is not "realized" in a natural way, i.e. T <T 0 .
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94025083/07A RU2076384C1 (en) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | Plasma source of negative atomic ions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94025083/07A RU2076384C1 (en) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | Plasma source of negative atomic ions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94025083A RU94025083A (en) | 1996-05-27 |
RU2076384C1 true RU2076384C1 (en) | 1997-03-27 |
Family
ID=20158063
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94025083/07A RU2076384C1 (en) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | Plasma source of negative atomic ions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2076384C1 (en) |
-
1994
- 1994-07-04 RU RU94025083/07A patent/RU2076384C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Данилина Т.И. и др. Компактный источник отрицательных ионов кислорода, ПТЭ, 1968, N 3, с.158. Антипов С.П. и др. Источник отрицательных ионов водорода с полым катодом, работающим в стационарном режиме, ПТЭ, 1984, N 4, с.42-44. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94025083A (en) | 1996-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4233537A (en) | Multicusp plasma containment apparatus | |
US3527977A (en) | Moving electrons as an aid to initiating reactions in thermonuclear devices | |
Bacal et al. | Negative ion production in hydrogen plasmas confined by a multicusp magnetic field | |
US4486665A (en) | Negative ion source | |
Donets | Review of the JINR electron beam ion sources | |
Hopkins et al. | Enhanced production of negative ions in low-pressure hydrogen and deuterium discharges | |
Bacal | Volume Generation of H-Ions in Plasmas | |
WO1986006922A1 (en) | Plasma generator | |
US4466242A (en) | Ring-cusp ion thruster with shell anode | |
KR100307070B1 (en) | High speed atomic beam supply source | |
RU2076384C1 (en) | Plasma source of negative atomic ions | |
Nikolaev et al. | Vacuum arc trigger systems based on E× B discharges | |
JPS6417361A (en) | High energy large current particle source | |
Lüthi et al. | Stability limits of high‐power ion‐laser discharges | |
Ehlers et al. | Increasing the efficiency of a multicusp ion source | |
US5569976A (en) | Ion emmiter based on cold cathode discharge | |
Flinta | Pulsed high-intensity ion source: Part I | |
US4965491A (en) | Plasma generator | |
Tsuruta et al. | Effect of axially symmetric magnetic fields for dynamics of low-current DC vacuum arc plasma | |
RU2045103C1 (en) | Duoplasmatron | |
SU1143279A1 (en) | Ion beam-pumped laser | |
Goncharov | Production and control of high current ion beams in plasma-optical systems | |
Leung et al. | A high charge state multicusp ion source | |
Leung et al. | Multicusp sources for ion beam lithography applications | |
Ciuti | A study of ion beams produced by a duoplasmatron ion source |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060705 |