RU2378732C1

RU2378732C1 - Electron and ion source

Info

Publication number: RU2378732C1
Application number: RU2008119847/28A
Authority: RU
Inventors: Василий Григорьевич Дураков (RU); Василий Григорьевич Дураков; Баир Вячеславович Дампилон (RU); Баир Вячеславович Дампилон
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2010-01-10
Also published as: RU2008119847A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to obtaining electron and ion beams and can be used acceleration technology. The electron and ion source has an emitter cathode with an emission opening and a second cathode, anode, a pulling system and a power supply system opposite the emitter cathode. The new source is distinguished by that, the hollow cathode is bimetallic and consists of two parts: an inner ferromagnetic part and an outer high heat-conducting part made on the entire circle of the cathode in form of hard edges.

EFFECT: intense heat removal from the bimetallic hollow cathode.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области получения электронных и ионных пучков и может быть использовано в ускорительной технике.The invention relates to the field of production of electron and ion beams and can be used in accelerator technology.

Известен электронно-ионный источник с продольным извлечением частиц из отражательного разряда с холодными катодами, содержащий эмитерный катод с эмиссионным отверстием и расположенный против него второй катод, анод, систему вытягивания и систему электропитания (SU 456322 А1, 1973).A known electron-ion source with longitudinal extraction of particles from a reflective discharge with cold cathodes, containing an emitter cathode with an emission hole and a second cathode, an anode, an extraction system and an electrical power system located opposite it (SU 456322 A1, 1973).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного источника, относится то, что в известном источнике при длительном режиме работы и повышенной мощности электронного луча происходит значительный разогрев устья полого катода из-за недостаточного теплоотвода до температуры выше точки Кюри (Т=727°С), что приводит к ферропарамагнитному переходу последнего и изменению конфигурации магнитного поля в разрядной камере. Кроме того, при переходе температуры ферромагнитного материала через точку Кюри коэффициент распыления его резко возрастает. Все перечисленные факторы неблагоприятно сказываются на условиях горения разряда и как следствие эмиссионных характеристиках электронного источника.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known source include the fact that in a known source during prolonged operation and increased power of the electron beam, the mouth of the hollow cathode is significantly heated due to insufficient heat removal to a temperature above the Curie point (T = 727 ° C), which leads to a ferroparamagnetic transition of the latter and a change in the configuration of the magnetic field in the discharge chamber. In addition, when the temperature of the ferromagnetic material passes through the Curie point, its sputtering coefficient increases sharply. All of these factors adversely affect the conditions of discharge burning and, as a consequence, the emission characteristics of an electronic source.

Наиболее близким источником того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является электронно-ионный источник, снабженный керамическими элементами с эмиссионными отверстиями в эмиттерном катоде и полом катоде, кроме того источник содержит также анод, систему вытягивания и систему электропитания (RU 2209483 С2 2001).The closest source for the same purpose to the claimed invention in terms of features is an electron-ion source equipped with ceramic elements with emission holes in the emitter cathode and hollow cathode, in addition, the source also contains an anode, an extraction system and a power supply system (RU 2209483 C2 2001).

Данный источник принят за прототип. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного источника, принятого за прототип, относится то, что в известном источнике при длительном режиме работы и повышенной мощности электронного луча увеличивается температура керамического элемента, расположенного в устье полого катода, приводящая к нагреву ферромагнитной части полого катода выше точки Кюри (Т=727°С). В результате ферропарамагнитного перехода материала полого катода происходит изменение конфигурации магнитного поля в разрядной камере, приводящее к ухудшению условий горения разряда и как следствие эмисионных характеристиках электронного источника.This source is taken as a prototype. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known source adopted as a prototype include the fact that the temperature of a ceramic element located at the mouth of a hollow cathode increases during a prolonged operation and an increased power of the electron beam, leading to heating of the ferromagnetic part hollow cathode above the Curie point (T = 727 ° C). As a result of the ferroparamagnetic transition of the material of the hollow cathode, a change in the configuration of the magnetic field in the discharge chamber occurs, which leads to a deterioration of the combustion conditions of the discharge and, as a consequence, the emission characteristics of the electronic source.

Задачей изобретения является повышение стабильности работы источника во времени при сохранении постоянства эмиссионных характеристик электронно-ионного источника и геометрических характеристик пучка.The objective of the invention is to increase the stability of the source over time while maintaining the constancy of the emission characteristics of the electron-ion source and the geometric characteristics of the beam.

Технический результат при осуществлении заявляемого изобретения достигается за счет интенсивного теплоотвода от биметаллического полого катода, состоящего из внутренней ферромагнитной и наружной высокотеплопроводящей части.The technical result in the implementation of the claimed invention is achieved due to the intensive heat removal from the bimetallic hollow cathode, consisting of an internal ferromagnetic and external highly thermally conductive part.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается следующим образом: как и известный источник, заявляемый электронно-ионный источник содержит эмиттерный катод с эмиссионным отверстием и расположенный против него второй катод, анод, систему вытягивания и систему электропитания.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved as follows: like a known source, the inventive electron-ion source contains an emitter cathode with an emission hole and a second cathode, an anode, an extraction system and an electrical power system located opposite it.

Отличительной особенностью нового источника является то, что полый катод является биметаллическим и состоит из двух частей: внутренней ферромагнитной и наружной высокотеплопроводящей части.A distinctive feature of the new source is that the hollow cathode is bimetallic and consists of two parts: the inner ferromagnetic and the outer highly heat-conducting part.

Кроме того, наружная высокотеплопроводящая часть полого катода выполнена из материала с высокой теплопроводностью, например меди, серебра, алюминия.In addition, the outer highly heat-conducting part of the hollow cathode is made of a material with high thermal conductivity, such as copper, silver, aluminum.

Кроме того, наружная высокотеплопроводящая часть полого катода выполнена в форме, например, радиатора охлаждения.In addition, the outer highly conductive part of the hollow cathode is made in the form of, for example, a cooling radiator.

Указанная конструкция полого катода не позволяет увеличиваться температуре его устья выше точки Кюри, что сохраняет постоянство эмиссионных характеристик электронно-ионного источника.The indicated design of the hollow cathode does not allow the temperature of its mouth to increase above the Curie point, which preserves the constancy of the emission characteristics of the electron-ion source.

На чертеже изображен заявляемый электронно-ионный источник.The drawing shows the inventive electron-ion source.

Источник содержит холодный эмиттерный катод 1, полый катод с внутренней ферромагнитной частью 2, цилиндрический анод 3 и извлекающий электрод 4. Магнитное поле между катодами обеспечивается постоянным магнитом 5. К внутренней ферромагнитной части 2 полого катода присоединена наружная часть 6, выполненная из материала с высокой теплопроводностью, например меди, серебра, алюминия. При этом наружная высокотеплопроводящая часть полого катода выполнена по всей окружности катода в форме жестких ребер подобно радиатору охлаждения.The source contains a cold emitter cathode 1, a hollow cathode with an inner ferromagnetic part 2, a cylindrical anode 3 and an extraction electrode 4. The magnetic field between the cathodes is provided by a permanent magnet 5. An outer part 6 made of a material with high thermal conductivity is connected to the inner ferromagnetic part 2 of the hollow cathode e.g. copper, silver, aluminum. In this case, the outer highly heat-conducting part of the hollow cathode is made around the entire circumference of the cathode in the form of rigid ribs like a cooling radiator.

Источник работает следующим образом.The source works as follows.

При подаче напряжения между катодами 1, 2 и анодом 3 зажигается отражательный разряд. С увеличением тока разряда, когда протяженность области катодного падения потенциала становится меньше радиуса апертуры полости в катоде 2, плазма проникает в полость и зажигается разряд с полым катодом. Интенсивное охлаждение полого катода за счет медной части повышает стабильность параметров электронно-ионного источника во времени.When a voltage is applied between the cathodes 1, 2 and the anode 3, a reflective discharge is ignited. With an increase in the discharge current, when the length of the region of the cathodic potential drop becomes less than the radius of the aperture of the cavity in cathode 2, the plasma penetrates the cavity and the discharge with the hollow cathode is ignited. Intensive cooling of the hollow cathode due to the copper part increases the stability of the parameters of the electron-ion source over time.

Claims

1. An electron-ion source with longitudinal extraction of particles from a cold cathode reflective discharge, comprising an emitter cathode with an emission hole and a second hollow cathode, an anode, an extrusion system and an electrical power system located opposite it, characterized in that the hollow cathode is made of bimetallic and consists of the outer highly thermally conductive part and the inner ferromagnetic part.

2. The electron-ion source according to claim 1, characterized in that the outer highly conductive part of the hollow cathode is made of a material with high thermal conductivity, for example, copper, silver, aluminum.

3. The electron-ion source according to claim 1 or 2, characterized in that the outer highly conductive part of the hollow cathode is made in the form of, for example, a cooling radiator.