RU2221307C2 - Ribbon-type plasma ion emitter - Google Patents

Ribbon-type plasma ion emitter Download PDF

Info

Publication number
RU2221307C2
RU2221307C2 RU2002106176/06A RU2002106176A RU2221307C2 RU 2221307 C2 RU2221307 C2 RU 2221307C2 RU 2002106176/06 A RU2002106176/06 A RU 2002106176/06A RU 2002106176 A RU2002106176 A RU 2002106176A RU 2221307 C2 RU2221307 C2 RU 2221307C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
anode
emission
screens
magnetic field
Prior art date
Application number
RU2002106176/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.В. Гаврилов
Д.Р. Емлин
Original Assignee
Институт электрофизики Уральского отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт электрофизики Уральского отделения РАН filed Critical Институт электрофизики Уральского отделения РАН
Priority to RU2002106176/06A priority Critical patent/RU2221307C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2221307C2 publication Critical patent/RU2221307C2/en

Links

Landscapes

  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

FIELD: plasma generation and heavy-current ion beam production. SUBSTANCE: emitter has magnetic system and glow-discharge electrode system incorporating rectangular hollow cylindrical cathode one of whose sides is provided with emission holes in the form of slits; cathode accommodates planar anode in its symmetry plane perpendicular to magnetic field induction vector; cathode screens placed at certain potential are installed either side of this anode. Holes are made in central parts of anode and screens. Cumulatively connected solenoids of magnetic system are mounted outside of cathode. Cathode space is filled with gas and electric current is passed through solenoid coils to build up magnetic field in electrode system. Applying voltage produces glow discharge between cathode and anode and its current closes to butt-end surface of anode hole through holes in screens. In the course of discharge glow cathode-emitted electrons drift across magnetic field along emission slits and effectively ionize gas. Cathode space is filled with plasma wherefrom ions are taken through emission slits. EFFECT: enhanced uniformity of plasma toward electron drift affording generation of very long ribbon-type ion beams. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике получения плазмы и генерации ионных пучков с большим током. The invention relates to techniques for plasma production and generation of high current ion beams.

Известны различные разновидности источников ленточных ионных пучков, в которых для достижения равномерного распределения плотности эмиссионного тока ионов используются разряды с дрейфом электронов, направленным вдоль эмиссионной щели [1-3]. Various types of sources of ribbon ion beams are known in which discharges with electron drift directed along the emission gap are used to achieve a uniform distribution of the ion current density of ions [1-3].

Однако протяженность эмиттера в этих системах составляет не более 100 мм, доля извлекаемых из плазмы ионов невелика, следовательно, ограничен и ток ионного пучка. Известные источники ленточных пучков не обеспечивают требуемой совокупности таких параметров как высокая эффективность отбора ионов из плазмы, значительная протяженность ионного эмиттера, большой ток пучка и равномерное распределение плотности тока по сечению пучка. However, the length of the emitter in these systems is not more than 100 mm, the fraction of ions extracted from the plasma is small, and therefore, the ion beam current is also limited. Known sources of tape beams do not provide the required combination of such parameters as high efficiency of ion extraction from plasma, significant length of the ion emitter, large beam current, and uniform distribution of current density over the beam cross section.

Проблема создания эффективного источника ленточного пучка заключается в необходимости концентрации разряда вблизи плазменной эмиссионной поверхности, что создает условия для достижения высокой плотности эмиссионного тока и отбора значительной доли ионного тока из плазмы, при этом однородность плазмы на значительной длине должна обеспечиваться созданием условий для замкнутого электронного дрейфа. The problem of creating an effective source of a ribbon beam is the need to concentrate the discharge near the plasma emission surface, which creates the conditions for achieving a high density of the emission current and selection of a significant fraction of the ion current from the plasma, while plasma uniformity over a considerable length should be ensured by creating conditions for closed electron drift.

Для повышения степени концентрации разряда вблизи эмиссионной поверхности плазмы используется тлеющий разряд с замкнутым дрейфом электронов в протяженной электродной системе типа обращенный магнетрон. В такой системе при сокращении ее размера в направлении вектора магнитного поля удается повышать плотность тока на боковую цилиндрическую поверхность катода. To increase the degree of discharge concentration near the plasma emission surface, a glow discharge with a closed electron drift in an extended reverse magnetron type electrode system is used. In such a system, by reducing its size in the direction of the magnetic field vector, it is possible to increase the current density on the lateral cylindrical surface of the cathode.

Известный ленточный плазменный эмиттер ионов такого типа содержит полый цилиндрический катод овального сечения, в плоской части которого выполнено эмиссионное отверстие в форме щели, анод в виде нескольких стержней, установленных в плоскости симметрии катода вдоль направления магнитного поля, и магнитную систему, образованную постоянными магнитами [4], прототип. A well-known ribbon plasma ion emitter of this type contains a hollow cylindrical cathode of oval cross section, in the flat part of which there is an emission hole in the form of a slit, an anode in the form of several rods mounted in the plane of symmetry of the cathode along the direction of the magnetic field, and a magnetic system formed by permanent magnets [4 ], prototype.

Однако расположение анодных стержней вблизи оси такой системы ограничивает возможность концентрации разряда на боковой цилиндрической поверхности катода посредством сокращения длины катода в направлении магнитного поля [5]. Плотность тока эмиссии ионов возрастает лишь до тех пор, пока длина катода не сократится до ~1/3 от его поперечного размера. Затем разряд начинает концентрироваться в приосевой области, что ограничивает возможность повышения эффективности извлечения ионов из плазмы. However, the location of the anode rods near the axis of such a system limits the possibility of concentration of the discharge on the lateral cylindrical surface of the cathode by reducing the length of the cathode in the direction of the magnetic field [5]. The ion emission current density increases only until the length of the cathode is reduced to ~ 1/3 of its transverse size. Then, the discharge begins to concentrate in the axial region, which limits the possibility of increasing the efficiency of ion extraction from plasma.

Задачей изобретения является увеличение эффективности извлечения ионов из плазмы и длины эмиттера при сохранении высокой однородности распределения плотности тока в ленточном пучке. The objective of the invention is to increase the efficiency of extraction of ions from plasma and the length of the emitter while maintaining a high uniformity of the distribution of current density in the ribbon beam.

Для этого в ленточном плазменном эмиттере ионов, содержащем магнитную систему, анод и полый цилиндрический катод, в котором выполнена эмиссионная щель, длинная ось которой перпендикулярна, а короткая параллельна вектору магнитной индукции, внутри полого катода в плоскости его симметрии перпендикулярно вектору магнитной индукции установлен плоский анод с центральным прямоугольным или овальным отверстием, по обе стороны от которого параллельно аноду установлены имеющие потенциал катода экраны с центральными прямоугольными или овальными отверстиями, эмиссионная щель выполнена в виде двух прорезей, расположенных на одинаковом расстоянии от экранов и параллельных им сторон полого катода, а магнитная система состоит из двух включенных согласно и расположенных симметрично относительно анода соленоидов, причем D=L, d=l-2•r, l/s=8-10, B•l=0,5-1 (Тл мм), r=(1/B)•(2mU/e)1/2, где r -радиус траектории электронов с массой m и зарядом е, ускоренных до энергии, соответствующей напряжению горения разряда U, в магнитном поле с индукцией В, создаваемом соленоидами, D - размер большой оси отверстий в экранах и аноде, L - длина эмиссионной щели, d - длина малой оси отверстий, l - размер стороны катода в его поперечном сечении, s - ширина эмиссионной щели.For this, in a tape plasma ion emitter containing a magnetic system, an anode and a hollow cylindrical cathode, in which an emission gap is made, the long axis of which is perpendicular and the short axis parallel to the magnetic induction vector, a flat anode is installed inside the hollow cathode in the plane of its symmetry perpendicular to the magnetic induction vector with a central rectangular or oval hole, on both sides of which screens having the potential of the cathode are installed parallel to the anode with central rectangular or oval holes, the emission gap is made in the form of two slots located at the same distance from the screens and the sides of the hollow cathode parallel to them, and the magnetic system consists of two solenoids connected in accordance and located symmetrically relative to the anode, and D = L, d = l-2 • r, l / s = 8-10, B • l = 0.5-1 (T mm), r = (1 / B) • (2mU / e) 1/2 , where r is the radius of the electron trajectory with mass m and charge e, accelerated to an energy corresponding to the discharge voltage U in a magnetic field with induction B created by solenoids, D is the size of the large axis of the holes in the screen and the anode, L - the length of the emission aperture, d - length of the minor axis of apertures, l - cathode side size in its cross section, s - width of the emission slit.

Сущность изобретения: эмиттер содержит магнитную систему и электродную систему тлеющего разряда, включающую полый прямоугольный цилиндрический катод, внутри катода в плоскости его симметрии, перпендикулярной вектору индукции магнитного поля, установлен плоский анод, по обе стороны от которого установлены имеющие потенциал катода экраны. В центральной части анода и экранов выполнены отверстия, через которые ток разряда замыкается на торцевую поверхность анодного отверстия. На одинаковом расстоянии между экранами и параллельными им сторонами катода в одной из сторон катода, параллельной вектору индукции магнитного поля, выполнены две эмиссионные щели. Включенные согласно соленоиды магнитной системы установлены снаружи катода симметрично относительно анода, причем размеры поперечного сечения соленоидов равны размерам катода в его продольном сечении. В катодную полость напускается газ, по обмоткам соленоидов пропускается электрический ток, создающий в электродной системе тлеющего разряда близкое к однородному магнитное поле. При подаче напряжения между катодом и анодом зажигается тлеющий разряд в магнитном поле, особенностью которого является замкнутый дрейф электронов поперек магнитного поля вдоль длинных осей эмиссионных щелей. Катодная полость заполняется плазмой, из которой через эмиссионные щели производится отбор ионов внешним электрическим полем. Размер большой оси отверстий в экранах и аноде определяется длиной эмиссионной щели, которая может составлять от долей метра до нескольких метров. Размеры сторон катода в его поперечном сечении определяются условиями существования разряда при относительно низких давлениях и в слабых магнитных полях с индукцией В, при которых обеспечивается электрическая прочность ускоряющего промежутка в ионном источнике. Такие условия выполняются в диапазоне значений произведения В•l=0,5-1 (Тл мм). Длина малой оси отверстий в электродах определяется разницей величин l и 2r, где r= (l/B)(2mU/e)1/2 - радиус траектории электронов с массой m и зарядом е, ускоренных до энергии, соответствующей напряжению горения разряда U, в магнитном поле с индукцией В, создаваемом соленоидами.The inventive emitter contains a magnetic system and an electrode system of a glow discharge, including a hollow rectangular cylindrical cathode, a flat anode is installed inside the cathode in the plane of its symmetry perpendicular to the magnetic field induction vector, on both sides of which are installed screens having the potential of the cathode. Holes are made in the central part of the anode and screens, through which the discharge current is closed to the end surface of the anode hole. At the same distance between the screens and the sides of the cathode parallel to them, two emission slots are made in one of the sides of the cathode parallel to the magnetic field induction vector. The magnetic system solenoids included according to the principle are mounted outside the cathode symmetrically with respect to the anode, and the cross-sectional dimensions of the solenoids are equal to the dimensions of the cathode in its longitudinal section. Gas is introduced into the cathode cavity, an electric current is passed through the windings of the solenoids, which creates a close to uniform magnetic field in the glow discharge electrode system. When voltage is applied between the cathode and the anode, a glow discharge is ignited in a magnetic field, a feature of which is a closed drift of electrons across the magnetic field along the long axes of the emission gaps. The cathode cavity is filled with plasma, from which ions are selected through the emission gaps by an external electric field. The size of the major axis of the holes in the screens and the anode is determined by the length of the emission gap, which can be from fractions of a meter to several meters. The dimensions of the sides of the cathode in its cross section are determined by the conditions for the existence of a discharge at relatively low pressures and in weak magnetic fields with induction B, at which the electric strength of the accelerating gap in the ion source is ensured. Such conditions are satisfied in the range of product values B • l = 0.5-1 (T mm). The length of the minor axis of the holes in the electrodes is determined by the difference between l and 2r, where r = (l / B) (2mU / e) 1/2 is the radius of the path of electrons with mass m and charge e, accelerated to an energy corresponding to the discharge voltage U, in a magnetic field with induction B generated by solenoids.

Магнитное поле в плазме и электрическое поле в катодном слое пространственного заряда приводят к возникновению замкнутого дрейфа быстрых ионизирующих электронов и их локализации вблизи катода, что обеспечивает высокую плотность тока эмиссии ионов и ее равномерное распределение по длине эмиссионных щелей. Расположение анода с центральным отверстием в средней плоскости электродной системы между катодными торцами обеспечивает осцилляцию электронов вдоль магнитного поля, что облегчает зажигание разряда. В то же время, местонахождение анода вблизи периферии электродной системы, а не на ее оси, облегчает локализацию разряда в области эмиссионной щели. Выполнение приведенного соотношения между геометрическими размерами катода, экранов и параметрами магнитного поля и тлеющего разряда обеспечивает удержание быстрых электронов, эмитированных катодом под действием ионной бомбардировки, предотвращая их быстрый уход на анод и обеспечивая максимальную энергетическую релаксацию электронов в плазме. В результате обеспечиваются максимально возможные значения эффективности извлечения ионов из плазмы, плотности тока эмиссии ионов и однородности распределения плотности тока по длине эмиссионной щели, а также устойчивое горение разряда при давлениях газа и значениях индукции магнитного поля, не приводящих к нарушению электрической прочности ускоряющего промежутка в ионном источнике. The magnetic field in the plasma and the electric field in the cathode layer of the space charge lead to the appearance of a closed drift of fast ionizing electrons and their localization near the cathode, which ensures a high ion emission current density and its uniform distribution along the length of the emission gaps. The location of the anode with the Central hole in the middle plane of the electrode system between the cathode ends provides oscillation of electrons along the magnetic field, which facilitates the ignition of the discharge. At the same time, the location of the anode near the periphery of the electrode system, and not on its axis, facilitates the localization of the discharge in the region of the emission gap. Fulfillment of the correlation between the geometric dimensions of the cathode, screens, and parameters of the magnetic field and glow discharge ensures the confinement of fast electrons emitted by the cathode under the influence of ion bombardment, preventing their rapid escape to the anode and providing maximum energy relaxation of electrons in the plasma. As a result, the maximum possible values of the efficiency of ion extraction from plasma, the current density of ion emission and the uniformity of the distribution of current density along the length of the emission gap are ensured, as well as the stable burning of the discharge at gas pressures and values of the magnetic field induction, which do not lead to a violation of the electric strength of the accelerating gap in the ion source.

Длина пути электрона в направлении дрейфа определяется скоростью его энергетической релаксации в плазме. В характерных для предлагаемого плазменного эмиттера условиях работы основным механизмом релаксации являются одночастичные соударения. В результате, средняя длина ионизационного пробега быстрого электрона составляет несколько метров, а полная длина энергетической релаксации оказывается на порядок больше, поэтому использование предложенного устройства делает возможным получение ленточных пучков с длиной до нескольких метров при сохранении высокой равномерности распределения параметров плазмы вдоль эмиссионной щели. Требуемый размер пучка определяет длину эмиссионной щели и соответственно размер полого катода в направлении, перпендикулярном вектору магнитной индукции. The path length of an electron in the direction of drift is determined by the rate of its energy relaxation in the plasma. Under the operating conditions characteristic of the proposed plasma emitter, single-particle collisions are the main relaxation mechanism. As a result, the average length of the ionization path of a fast electron is several meters, and the total length of energy relaxation is an order of magnitude greater, therefore, the use of the proposed device makes it possible to obtain ribbon beams with a length of several meters while maintaining a high uniformity of the distribution of plasma parameters along the emission gap. The required beam size determines the length of the emission gap and, accordingly, the size of the hollow cathode in the direction perpendicular to the magnetic induction vector.

При уменьшении длины малой оси отверстий в аноде и экранах эффективность извлечения ионов уменьшается вследствие роста потерь тока ионов на увеличенную поверхность экранов. Напротив, увеличение длины малой оси приводит к резкому увеличению скорости ухода быстрых электронов на анод. Как показали эксперименты, оптимальным является такой размер малой оси отверстий, при котором высота экрана близка к радиусу траектории в магнитном поле быстрых электронов, ускоренных в катодном слое. Эффективность извлечения ионов также зависит и от соотношения между поперечным размером катода l и шириной эмиссионной щели s, причем для повышения эффективности извлечения это соотношение должно быть минимально возможным. Однако уже при отношении l/s, равном 5, горение разряда в условиях отбора ионов внешним полем затрудняется. Разряд горит устойчиво при минимальных значениях l/s=8-10. With a decrease in the length of the minor axis of the holes in the anode and screens, the efficiency of ion extraction decreases due to an increase in the loss of ion current to the enlarged surface of the screens. On the contrary, an increase in the length of the minor axis leads to a sharp increase in the rate of escape of fast electrons to the anode. As experiments have shown, the optimal size is the small axis of the holes at which the screen height is close to the radius of the trajectory in the magnetic field of fast electrons accelerated in the cathode layer. The efficiency of ion extraction also depends on the ratio between the transverse size of the cathode l and the width of the emission gap s, and to increase the efficiency of extraction, this ratio should be as small as possible. However, already at a l / s ratio of 5, the burning of the discharge under conditions of ion extraction by an external field is hindered. The discharge burns steadily at the minimum values l / s = 8-10.

На чертеже представлен предложенный плазменный эмиттер ионов в трех сечениях: а - в плоскости симметрии эмиттера, параллельной вектору индукции магнитного поля и перпендикулярной плоскости эмиссионной щели, б - в плоскости, параллельной вектору индукции магнитного поля и к эмиссионной щели, в - в плоскости, перпендикулярной вектору индукции магнитного поля. Электродная система эмиттера содержит полый катод 1 (а, б), в котором выполнены две эмиссионные щели 4 (а, б), анод 2 (а, б, в), экраны 3 (6) и соленоиды 5 (а, б, в) магнитной системы, устанавливаемые снаружи катода. The drawing shows the proposed plasma ion emitter in three sections: a - in the plane of emitter symmetry parallel to the magnetic field induction vector and perpendicular to the plane of the emission gap, b - in the plane parallel to the magnetic field induction vector and to the emission gap, c - in the plane perpendicular magnetic field induction vector. The emitter electrode system contains a hollow cathode 1 (a, b), in which two emission slots 4 (a, b), anode 2 (a, b, c), shields 3 (6) and solenoids 5 (a, b, c) are made ) magnetic systems mounted outside the cathode.

Плазменный эмиттер ионов работает следующим образом. The plasma ion emitter operates as follows.

В катодную полость напускается газ. Между катодом 1 и анодом 2 прикладывается напряжение. При горении разряда полость заполняется плазмой, из которой через эмиссионные щели 4 в плоской поверхности катода производится отбор ионов. Gas is introduced into the cathode cavity. A voltage is applied between the cathode 1 and the anode 2. When the discharge is burning, the cavity is filled with plasma, from which ions are selected through the emission slots 4 in the flat surface of the cathode.

В целях увеличения плотности тока эмиссии ионов из плазмы при фиксированном токе разряда один из экранов 3 выполняется в виде цилиндра высотой l/2, имеющего в плоскости, перпендикулярной вектору индукции магнитного поля, прямоугольное сечение с размером осей (d+r)х(L+r), и электрически соединяется с анодом, экранируя часть поверхности катода, параллельной вектору магнитной индукции, и обеспечивая локализацию разряда в области неэкранированного катода. На четеже эта модификация эмиттера не показана. In order to increase the current density of ion emission from plasma at a fixed discharge current, one of the screens 3 is made in the form of a cylinder of height l / 2, having in the plane perpendicular to the magnetic field induction vector, a rectangular cross section with the axis size (d + r) x (L + r), and is electrically connected to the anode, shielding part of the cathode surface parallel to the magnetic induction vector, and providing localization of the discharge in the region of the unshielded cathode. On Thursday, this modification of the emitter is not shown.

Испытания опытного образца плазменного эмиттера ионов проводились с использованием электродной системы, длина полого катода которой в направлении поперек магнитного поля составляла 630 мм, а длина осей в поперечном сечении катода составляла 100 и 80 мм. Индукция магнитного поля, создававшегося соленоидами, составляла 5-7 10-3 Тл. Поток аргона, напускавшегося в катодную полость, составлял 40 см3 атм/мин. Ток разряда в непрерывном режиме горения разряда достигал 1 А. Напряжение горения разряда составляло 400-500 В. Использовалась только одна эмиссионная щель, которая имела размеры 500х10 мм2. Плотность тока эмиссии ионов составляла 2 мА/см2 при токе разряда 1 А. Эффективность извлечения ионов, определяемая отношением тока эмиссии ионов к току разряда, составила в экспериментах около 10%, что примерно вдвое выше, чем в прототипе устройства. Неоднородность распределения плотности эмиссионного тока не превышала 10% на длине 600 мм.Tests of a prototype plasma ion emitter were carried out using an electrode system, the length of the hollow cathode of which in the direction across the magnetic field was 630 mm, and the length of the axes in the cross section of the cathode was 100 and 80 mm. The induction of the magnetic field created by the solenoids was 5-7 10 -3 T. The flow of argon inflowing into the cathode cavity was 40 cm 3 atm / min. The discharge current in the continuous mode of burning the discharge reached 1 A. The voltage of the burning discharge was 400-500 V. Only one emission gap was used, which had dimensions of 500x10 mm 2 . The ion emission current density was 2 mA / cm 2 at a discharge current of 1 A. The ion extraction efficiency, determined by the ratio of the ion emission current to the discharge current, was about 10% in experiments, which is about twice as high as in the prototype device. The inhomogeneity of the distribution of the density of the emission current did not exceed 10% over a length of 600 mm.

Использование предлагаемого плазменного эмиттера ионов в технологических ионных источниках обеспечит формирование протяженного однородного ленточного пучка с большим током и длиной вплоть до нескольких метров. Кроме того, улучшение эффективности извлечения токов обеспечит уменьшение удельных энергетических затрат и снижение тепловой нагрузки на электроды. В результате, существенно улучшатся функциональные и эксплуатационные характеристики ионных источников. The use of the proposed plasma ion emitter in technological ion sources will ensure the formation of an extended homogeneous ribbon beam with a large current and a length of up to several meters. In addition, improving the efficiency of current extraction will provide a reduction in specific energy costs and a decrease in the thermal load on the electrodes. As a result, the functional and operational characteristics of ion sources will significantly improve.

Источники информации
1. В.А. Барлетов, В.Я. Порицкий. Источник ленточного ионного пучка. Авторское свидетельство на изобретение SU 1575826 А1 от 20.06.88.
Sources of information
1. V.A. Barletov, V.Ya. Poritsky. Tape ion beam source. Copyright certificate for the invention SU 1575826 A1 from 06.20.88.

2. В. А. Барлетов, В.Я. Порицкий. Источник ленточного пучка ионов. Авторское свидетельство на изобретение SU 1713384 А1 от 07.08.89. 2. V.A. Barletov, V.Ya. Poritsky. The source of the tape ion beam. Copyright certificate for the invention of SU 1713384 A1 from 08/07/89.

3. И.С. Баликоев, В.Т. Барченко, С.Н. Заграничный и Кшиштоф Мерник. Авторское свидетельство на изобретение SU 1604078 А1 от 23.03.89. 3. I.S. Balikoev, V.T. Barchenko, S.N. Foreign and Krzysztof Mernik. Copyright certificate for the invention SU 1604078 A1 dated 03/23/89.

4. Гаврилов Н.В., Кулешов С.В. Ленточный плазменный эмиттер ионов. Патент РФ 2176420 от 24.12.1999 г. 4. Gavrilov N.V., Kuleshov S.V. Tape plasma ion emitter. RF patent 2176420 from 12.24.1999.

5. Kuleshov S.V., Gavrilov N.V. A source of ribbon gas ion beams. Proc. of 5th Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, 24-29 September 2000, Tomsk, Russia. Vol.1, p. 181-185.5. Kuleshov SV, Gavrilov NV A source of ribbon gas ion beams. Proc. of 5 th Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, 24-29 September 2000, Tomsk, Russia. Vol. 1, p. 181-185.

Claims (2)

1. Ленточный плазменный эмиттер ионов, содержащий магнитную систему, анод и цилиндрический полый катод, в котором выполнена эмиссионная щель, длинная ось которой перпендикулярна, а короткая параллельна вектору магнитной индукции, поперечное сечение катода в плоскости, перпендикулярной эмиссионной щели и параллельной магнитному полю, имеет прямоугольную форму, близкую к квадратной, отличающийся тем, что в плоскости симметрии катода перпендикулярно вектору магнитной индукции установлен плоский анод с центральным прямоугольным или овальным отверстием, по обе стороны от которого параллельно аноду установлены имеющие потенциал катода экраны с центральными прямоугольными или овальными отверстиями, эмиссионная щель выполнена в виде двух прорезей, расположенных на одинаковом расстоянии от экранов и параллельных им сторон полого катода, а магнитная система состоит из двух включенных согласно и расположенных снаружи катода и симметрично относительно анода соленоидов, причем D = L, d = l – 2 · r, l/s = 8-10, В · l = 0,5-1 (Тл•мм), r = (l/B) · (2mU/e)1/2, где r – радиус траектории электронов с массой m и зарядом е, ускоренных до энергии, соответствующей напряжению горения разряда U, в магнитном поле с индукцией В, создаваемом соленоидами, D – размер большой оси отверстий в экранах и аноде, L – длина эмиссионной щели, d – длина малой оси отверстий, l – размер стороны катода в его поперечном сечении, s – ширина эмиссионной щели.1. A tape plasma ion emitter containing a magnetic system, an anode and a cylindrical hollow cathode, in which an emission gap is made, the long axis of which is perpendicular and the short axis parallel to the magnetic induction vector, the cross section of the cathode in a plane perpendicular to the emission gap and parallel to the magnetic field has a rectangular shape close to square, characterized in that a flat anode with a central rectangular or oval is installed in the plane of symmetry of the cathode perpendicular to the magnetic induction vector a hole, on both sides of which parallel to the anode are installed screens with cathode potential with central rectangular or oval holes, the emission slit is made in the form of two slots located at the same distance from the screens and the sides of the hollow cathode parallel to them, and the magnetic system consists of two according to and located outside the cathode and symmetrically with respect to the anode of the solenoids, where D = L, d = l - 2 · r, l / s = 8-10, B · l = 0.5-1 (T • mm), r = ( l / B) · (2mU / e) 1/2 , where r is the radius of the trajectory of electrons with mass m and a charge e accelerated to an energy corresponding to the discharge voltage U in a magnetic field with induction B generated by solenoids, D is the size of the major axis of the holes in the screens and anode, L is the length of the emission gap, d is the length of the minor axis of the holes, l - the cathode side size in its cross section, s is the width of the emission gap. 2. Ленточный плазменный эмиттер ионов по п.1, отличающийся тем, что один из экранов выполнен в виде экранирующего параллельную вектору индукции магнитного поля часть поверхности катода и электрически соединенного с анодом цилиндра высотой l/2, поперечное сечение которого в плоскости, перпендикулярной вектору магнитной индукции, составляет (d+r)•(L+r).2. The tape plasma ion emitter according to claim 1, characterized in that one of the screens is made as a part of the cathode surface shielding parallel to the magnetic field induction vector and electrically connected to the anode of a cylinder of height l / 2, the cross section of which is in a plane perpendicular to the magnetic vector induction, is (d + r) • (L + r).
RU2002106176/06A 2002-03-07 2002-03-07 Ribbon-type plasma ion emitter RU2221307C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002106176/06A RU2221307C2 (en) 2002-03-07 2002-03-07 Ribbon-type plasma ion emitter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002106176/06A RU2221307C2 (en) 2002-03-07 2002-03-07 Ribbon-type plasma ion emitter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2221307C2 true RU2221307C2 (en) 2004-01-10

Family

ID=32090794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002106176/06A RU2221307C2 (en) 2002-03-07 2002-03-07 Ribbon-type plasma ion emitter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2221307C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7772571B2 (en) 2007-10-08 2010-08-10 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Implant beam utilization in an ion implanter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7772571B2 (en) 2007-10-08 2010-08-10 Advanced Ion Beam Technology, Inc. Implant beam utilization in an ion implanter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3931589A (en) Perforated wall hollow-cathode ion laser
US4122347A (en) Ion source
US7808182B2 (en) Electron gun and magnetic circuit for an improved THz electromagnetic source
RU2187218C1 (en) Ion source ( variants )
Skalyga et al. Gasdynamic ECR source of multicharged ions based on a cusp magnetic trap
US6515408B1 (en) Ion beam apparatus and a method for neutralizing space charge in an ion beam
RU2221307C2 (en) Ribbon-type plasma ion emitter
CN114258182B (en) Cusp field ion source and ion beam generating method
RU2299489C1 (en) Cold-cathode ion source
Leung et al. Enhancement of H− production in a multicusp source by cold electron injection
Drentje et al. Experiments with biased cylinder in electron cyclotron resonance ion source (plenary)
Oks et al. Upgrade of a vacuum arc ion source using a strong pulsed magnetic field
JP2614632B2 (en) Negative ion generator
JPH0562421B2 (en)
RU2176420C2 (en) Plasma ion emitter device of ribbon type
CN216391496U (en) Plasma generating device and ion source
Oka et al. The Effect of the Magnetic Field in the Behavior of Magnetic Multipole Discharge
RU2134921C1 (en) Plasma ion emitter
Skalyga et al. Proton beam formation from an ECR discharge in a single coil field
RU1766201C (en) Ion source
KR20020004934A (en) Plasma source of linear beam ions
RU2229754C2 (en) Plasma ion emitter
Chekh et al. Static and dynamic characteristics of plasma lens with modified magnetic field geometry
Bezbatchenko et al. Injection of an ion beam into the magnetic mirror machineOGRA'
CA1079418A (en) Ion source

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080308