RU993762C - Duoplasmatron - Google Patents

Duoplasmatron

Info

Publication number
RU993762C
RU993762C SU803219699A SU3219699A RU993762C RU 993762 C RU993762 C RU 993762C SU 803219699 A SU803219699 A SU 803219699A SU 3219699 A SU3219699 A SU 3219699A RU 993762 C RU993762 C RU 993762C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
source
cathode
crucible
intermediate electrode
Prior art date
Application number
SU803219699A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Э.Ф. Чайковский
В.М. Пузиков
А.В. Семенов
Н.С. Харченко
Original Assignee
Предприятие П/Я Р-6496
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 Предприятие П/Я Р-6496 filed Critical Предприятие П/Я Р-6496
Priority to SU803219699A priority Critical patent/RU993762C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU993762C publication Critical patent/RU993762C/en

Links

Description

камеры дуоплазматрона, В камеру (обычно молибденовую),  вл ющейс  анодом, помещены две вольфрамовые нити и тигель, который обычно изготавливают из тантала или графита (дл  различных исходных веществ)с Предельна  температура камеры 1бОО°С .duoplasmatron chambers. Two tungsten filaments and a crucible, which is usually made of tantalum or graphite (for various starting materials) with a chamber temperature limit of 1 ° C, are placed in a chamber (usually molybdenum), which is the anode.

Недостаткам известных источников  вл ютс  низкие рабочие токи ионов (100 мкА и малый коэффициент ионизации вещества - The disadvantages of the known sources are the low working currents of ions (100 μA and a low coefficient of ionization of the substance -

Ближайшим техническим решением  вл етс  источник ионов - дуоплазматроНу содержа1ций анод с коническим экспандером, промежуточный электрод с полостью, в которой расположено устройство ввода рабочего вещества в виде тигл  с коническим корпусом и каналом, выполненным в его вершине , катод, расположенный в полости тигл , и экстрактор с отверстием.The closest technical solution is an ion source - a duoplasmatron containing an anode with a conical expander, an intermediate electrode with a cavity, in which a working substance input device is located in the form of a crucible with a conical body and a channel made at its apex, a cathode located in the crucible cavity, and an extractor with a hole.

Известный источник обеспечивает большой ток ионов до 10-20 шА, что достигаетс  за счет расположени  катода во внутренней полости промежуточного электрода с Полость промежуточного электрода снабжена дополнительной системой откачки. Рабочее вещество помещают в испаритель, который с набором теплоизолирующих экранов введен в полость промежуточного электрода. Нагрев рабочего вещества осуществл етс  последовательно током термоэлектронной 31миссии с катодом и током дуги, зажигаемой между катодом и промежуточным электродом с После поджига дуги катод анод извлечение ионов производитс  с поверхности плазмы, заполн ющей чашку экспандера анода путем прикладывани  между анодом и экстрактором высокой разности потенциаловThe known source provides a large ion current of up to 10-20 shA, which is achieved due to the location of the cathode in the inner cavity of the intermediate electrode C. The cavity of the intermediate electrode is equipped with an additional pumping system. The working substance is placed in an evaporator, which is inserted into the cavity of the intermediate electrode with a set of heat-insulating screens. The working substance is heated sequentially by thermionic emission current 31 with a cathode and an arc current ignited between the cathode and the intermediate electrode. After ignition of the cathode, the anode is extracted from the plasma surface filling the anode expander cup by applying a high potential difference between the anode and the extractor

(15-20 кВ). . i(15-20 kV). . i

Недостатком известного источника  вл етс  ограниченное врем  работы с максимальной эффективностью вследствие зарастани  отверсти  в экспандере ,A disadvantage of the known source is the limited operating time with maximum efficiency due to overgrowth of the hole in the expander,

Целью изобретени   вл етс  повышение времени работы источника сThe aim of the invention is to increase the operating time of the source with

Эта цель достигаетс  тем, что в источнике ионов-дуоплазмотроне, содержаи1ем анод с коническим экспандером , промежуточный электрод с полостью , в которой расположено устройство ввода рабочего веи ества в 1зThis goal is achieved by the fact that in the source of ions, a duoplasmotron, containing an anode with a conical expander, an intermediate electrode with a cavity in which the input device of the working substance in

де тигл  с коническим корпусом и каналом, выполненным в его вершине, катод, расположенный в полости тигл , и Экстрактор с отверстием, между коническим корпусом тигл  и экспандером анода устаноелена система экранов , Наход щихс  в контакте между собой, электрически соедин юща  проме4 уточный электрод и анод, а в отвеэстии экстрактора со стороны, противоположной аноду, установлен кольцезой термокатод, расположенный так что фокус эмиттируемого им электронно о луча совпадает с выходом канала в орпуса тигл , обращенным к анодУсa crucible with a conical body and a channel made at its apex, a cathode located in the crucible cavity, and an extractor with an aperture, between the conical body of the crucible and the anode expander there is a system of screens located in contact with each other, electrically connecting the intermediate electrode and the anode, and in the outlet of the extractor from the side opposite to the anode, a thermal cathode is installed in the ring, so that the focus of the electron beam emitted by it coincides with the channel exit to the crucible orpus facing the anode

На фиг Л изображен источник, разрез; на фиг. - основные элементы источника, формирующие тракт, Формирующий ионный пучок; на фиг.З конструкци  тигл In Fig. A shows a source, a section; in FIG. - the main elements of the source, forming the path, Forming an ion beam; Fig. 3 design of the crucible

Источник содержит анод 1, предст1авл ющий собой цилиндр, изготовленHbiid из стали Стс 3 с проточенной полостью - дл  вод ного охлаждени  В отверстие анода 1 1б мм вставлен экспандер 3, выполненный в виде конуса из стали Стс 3 с углом при вершине 9П°, Внутри конуса выточена цилиндрическа  полость 10 мМс Диаметр отверсти  при вершине 1, мМсThe source contains an anode 1, which is a cylinder made of Hbiid steel Sts 3 with a hollow cavity - for water cooling. An expander 3 is inserted into the hole of the anode 1 1b mm, made in the form of a cone made of steel Sts 3 with an angle at the apex of 9 °, inside the cone a cylindrical cavity is machined 10 mms. The diameter of the hole at apex 1, mms

Дл  питани  катода , изготовленного из полости тантала, имеютс  водоохлаждаемые медные вводы, вмонтированные в водоохлаждаемую крышку 5 стакана 6, изготовленного из нержав„ стали 12Xl8MlOTj изолирова нные от него с помощью металлокерамических изол торов 7. Промежуточный электрод 8, изготовленный из стали Ст„ 3, оканчиваетс  полюсами с каналом по оси разр да 1 и длиной 5 мм„ Ти-, гель 9 в сборе и промежуточный электрод 8 поме1цень в водоохлаждаемый корпус, изготовленный из стали Х18Н10Т, на который надета катушка соленоида П образного электромагнита 10, Магнитный поток от катушки замыкаетс  с помощью внешнего магнитопроБода 11 изготовленного в виде набора пластинок из железа армко, которые изолированы от анода с помощью фторопластовых прокладок.To feed the cathode made from the tantalum cavity, there are water-cooled copper bushings mounted in the water-cooled cover 5 of the cup 6 made of stainless steel 12Xl8MlOTj insulated from it using ceramic-metal insulators 7. Intermediate electrode 8 made of steel St 3, ends with poles with a channel along the discharge axis 1 and a length of 5 mm “T-, gel 9 assembly and intermediate electrode 8 placed in a water-cooled case made of steel X18H10T, on which a solenoid coil of a U-shaped electromagnet is mounted Volume 10, The magnetic flux from the coil is closed using an external magnetic wire 11 made in the form of a set of armco iron plates, which are isolated from the anode using fluoroplastic gaskets.

Дл  охлаждени  корпуса источника в нем имеетс  полость вод ного охла фени о Дл  удобства при разработке и сборке источника применено сочленение токоподвод щих проводов отFor cooling the source casing, it has a water-cooled cavity for its convenience. For convenience, when developing and assembling the source, a junction of current-carrying wires from

источника питани  с гибкими проводами с помощью прижимных контактов 12power supply with flexible wires by means of pressure contacts 12

Экстрактор 13 изготовлен из СТоЗ в виде конусообразного электрода с углом при вершине 110 и отверстием диаметром 10 мМо Экстрактор отделен от анода вакуумным промежутком 5 мМо С стороны экстрактора, обратной аноду , смонтирован кольцевой вольфрамовый термокатод 14 (0,2 мм), расположенный так, что положение фокуса электронного луча совпадает с выходом канала тигл  9The extractor 13 is made of STOZ in the form of a cone-shaped electrode with an apex angle of 110 and a hole with a diameter of 10 mMo. The extractor is separated from the anode by a vacuum gap of 5 mMo. On the side of the extractor opposite the anode, a ring tungsten thermal cathode 14 (0.2 mm) is mounted so that the focus position of the electron beam coincides with the output of the crucible channel 9

В полости промежуточного электрода 15 находитс  заключенный в молибденовый корпус тигель 9о На фиг, 3 показан тигель дл  получени  ионов углерода с Тигель 9 содержит выходной канал 16, набор тепловых экранов 17, электроды 18 накала катода и катод Л, заключенные в молибденовый корпус 19о Рассмотрим более подробно конструкцию тигл  дл  случа  углерода Поскольку графит испар етс  без перехода в жидкость, ввод т его в испаритель в виде стаканчика 20 с толщиной стенок 3 мм, плотно прилегающего к внутренней поверхности испарител .,.In the cavity of the intermediate electrode 15 there is a crucible 9o enclosed in a molybdenum case. Fig. 3 shows a crucible for receiving carbon ions. The crucible 9 contains an output channel 16, a set of heat shields 17, cathode glow electrodes 18 and a cathode A enclosed in a 19o molybdenum. Consider more the crucible design for carbon in detail Since graphite evaporates without passing into the liquid, it is introduced into the evaporator in the form of a cup 20 with a wall thickness of 3 mm, which adheres tightly to the inner surface of the evaporator.

Тигель (фиго З) представл ет собой цилиндр в основании с конусом, угол при вершине которого равен 90 /, Конус имеет при вершине отверстие 3 мм. Через два отверсти  в наборе верхних экранов нд уплотнени х и высокотемпературной керамики в испаритель введены два танталовых электрода питани  катода о Катод источника изготовлен в виде кольца 12 мм из полости тантала (тол1ниной 0,1 мм, шириной 2 мм), прикрепленного с помощью точечной сварки к электродам 18„The crucible (Fig. 3) is a cylinder at the base with a cone, the angle at the apex of which is 90 /, the cone has a 3 mm hole at the apex. Two tantalum cathode feed electrodes are inserted into the evaporator through two holes in the set of upper screens for sealing and high-temperature ceramics. The source cathode is made in the form of a 12 mm ring from a tantalum cavity (0.1 mm thick, 2 mm wide), attached by spot welding to electrodes 18 „

Со всех сторон испаритель окружен , теплоизолирующими экранами 17, изготовленными из танталовой и молибденовой фольг толщиной 0,2 мм„ Верхние экраны - набор плоских дисков с выдавленными коническими выступами, предотвращающими слипание экранов; боковые экраны - набор цилиндров с такими же выступами, нижние - набор соосных усеченных конусов. Путем расчетов и экспериментально установлено, что оптимальное количество экранов дл  случа  углерода равно 13-1 шТо При сборке источника блок испарител  установлен таким образом, что обеспечиваетс  механический и электрический контакт между нижними экранами и экспандером и выход канала промежуточного электрода соединен с входом канала экспандера.The evaporator is surrounded on all sides by heat-insulating screens 17 made of tantalum and molybdenum foil with a thickness of 0.2 mm. “Top screens - a set of flat disks with extruded conical protrusions that prevent the screens from sticking together; side screens - a set of cylinders with the same protrusions, the bottom - a set of coaxial truncated cones. By calculations and experimentally it was established that the optimal number of screens for the case of carbon is 13-1 ppm. When assembling the source, the evaporator unit is installed in such a way that mechanical and electrical contact between the lower screens and the expander is ensured and the channel output of the intermediate electrode is connected to the channel input of the expander.

Рассмотрим работу источника на примере получени  ионов углеродао Нагрев графита до температуры, обеспечивающей давление его пара рТоСТо, необходимого дл  горени  дуги осуи1ествл ют в 2 atana: l) до зажигани  дуги нагрев осуществл ют термоэмиссионным током от накаленного катода 4 к внутренним стеН5 кам испарител  1б 0,4-0,5 А, 220- . 250 В; 2) после зажигани  дуги, которое наступает при достижении необходимой величины давлени  пара - нагрев производ т этой же дугой (5-6 А,Let us consider the operation of a source using the example of carbon-ion production. Heating graphite to a temperature that ensures its vapor pressure rToSTo, necessary for arc burning, is carried out in 2 atana: l) before ignition of the arc, heating is carried out by thermionic current from the heated cathode 4 to the internal walls of the evaporator 1b 0 4-0.5 A, 220-. 250 V 2) after ignition of the arc, which occurs when the required vapor pressure is reached, heating is performed by the same arc (5-6 A,

0 IfO-50 в) Одновременно с зажиганием дуги между катодом и внутренними стенками испарител  зажигаетс  основна  дуга между катодом и анодом и дуоплазматроном выходит- на обычный0 IfO-50 c) Simultaneously with the ignition of the arc between the cathode and the inner walls of the evaporator, the main arc between the cathode and the anode and the duoplasmatron ignites;

дл  себ  режим работы„for operating mode „

Извлечение ионного пучка с поверхности плазмы, заполн вшей экспандер , осуществл етс  с помседью квазипирсовой системы электродов, первымThe extraction of the ion beam from the surface of the plasma filling the expander is carried out with the quasi-Pierce electrode system, the first

0 электродом которой  вл етс  конусообразна  масть анода 1, вторым экстрактор 13о Источник ионов,наход щийс  в процессе работы под напр жением 20 кВ, отделен от вакуумной0 the electrode of which is the conical shape of the anode 1, the second extractor is 13 °. The ion source, which is in the process of working under a voltage of 20 kV, is separated from the vacuum

5 камеры (на чертеже не показана) высоковольтным изол торомо ,5 cameras (not shown) with a high-voltage isolator,

При длительной работе источника (10 ч и более), как было уже отме0 чено, зарастает рабочим веществ (в рассматриваемом случае графит) канал промежуточного электрода, что приводит к существенному (в 1,52 раза) уменьшению ионного токао ЭтотDuring long-term operation of the source (10 hours or more), as already noted, the channel of the intermediate electrode overgrows with working substances (in the graphite case under consideration), which leads to a significant (1.52-fold) decrease in the ion current

5 недостаток, имею1ций место при длительных режимах работы, устран етс  путем введени  кольцевого вольфра- , мового катода l (фиг 2) концентрично отверстию в экстракторе, ниже5, the drawback that exists during long-term operation is eliminated by introducing an annular tungsten, male cathode l (Fig. 2) concentrically to the hole in the extractor, below

0 верхней кромки отверсти  экстрактора на 0,5-1 ММо Такой дополнительный катод, наход щийс  под потенциалом земли, совместно с центральной частью анода источника, наход щейс 0 to the top edge of the extractor opening by 0.5-1 MMo Such an additional cathode located under the ground potential, together with the central part of the source anode located

5 под высоким положительным потенциалом , образуют кольцевую электронную пушку, пучок электронов которой сфокусирован на выходе канала 1б тигл  9 о5 under high positive potential, form a ring electron gun, the electron beam of which is focused at the output of channel 1b crucible 9 about

Пе|;)И(;Л 1чес;кое включение мунгки на короткий про -1емуток времени (не;;ко , секунд) полностью восстанавпизаег /Иаметр канала до первонамальной Белииины и тем самым фактически неограниченно проллевает срок непрерывной стабильной работы источника И длкте.пьнос гь непрерывной работы ис точ5-:и; :а определ етс  количеством рабочего зешества, вводимого в испаритель 70 М) ;,Pe |;) And (; L 1che; a short inclusion of the munga for a short period of time (not ;;; ko, seconds) completely restored the channel diameter to the original Beliyiina and thereby practically unlimitedly extends the period of continuous stable operation of the source And dlkte.pos for continuous operation, source 5-: and;: a is determined by the amount of working solution introduced into the evaporator 70 M);,

В от-ПИчие от рзсегда примен емого в ионных источниках типа луоплг13ма iPOH ззпиг-Ного расположени  промежуточно о электрода и анода в изобое« - .п промогжуточного электГ )пдз и онода в изобретении промежуточного электрода посредством системь: экранов 17 (фигс 2) соединен с входом капала экспандера анода. При 3TOf-i величина электрического 1:.оп;:ютивлени  между ними в рабочем режиме составл ет несколько сот Ом тго облег ;;ает зажигание катод зноДо При этом уменьшаетс  путь прохождени  плазмы большой концентрации от ганалз промежутоиного электрода ДС-) . - Пгпдерживаетс  ее высока  1-::ог центр 11,и  за счет уменьшени  расрону (отсутстви  зазора)с Этот пар либо ионизируетс  быстрыми эдектрона ии в канале промежуточного электрода , либо, попада  в канал экспандера , ионизируетс  тем, что также повышает концентрацию положительных ионоз, а следовательно, и величину возможно максимального извлекаемогоDue to the fact that it is always used in ion sources such as Luoplg13ma iPOH, it is located in the middle of the electrode and the anode in the isoform of the intermediate electrode) and in the invention of the intermediate electrode by means of a system: shields 17 (FIG. 2) connected to anode expander was dripping in. At 3TOf-i, the electric value is 1: .op;: the interference between them in the operating mode is several hundred ohms, then the ignition cathode is ignorant. In this case, the path of the passage of high concentration plasma from the channels of the intermediate electrode DS-) is reduced. - It maintains its high 1 - :: og center 11, and by decreasing the dispersion (lack of clearance) s, this pair is either ionized by fast e-electron in the channel of the intermediate electrode, or, when it enters the channel of the expander, it is ionized, which also increases the concentration of positive ionoses , and therefore the value of the maximum recoverable

0 ионного тока, Уменьшаетс  также ток ионов на Стенки, что приводит к аналогичному положительному эффекту Описанный прием позволил увеличить ток положительных ионов на выходе0 ion current, The ion current to the walls also decreases, which leads to a similar positive effect. The described technique allowed to increase the current of positive ions at the output

5 источника на 20-25, получить дл  ионов указанных веществ токи 1225 nijii. при ускор ющем напр жении 18 20 кП (против обычно получаемых 1020 А) 5 sources for 20-25, obtain currents of 1225 nijii for ions of the indicated substances. at an accelerating voltage of 18 to 20 kP (against the usually obtained 1020 A)

При этом предлагаемый источник позвол ет при обычной системе откач1 и получать вакуум в рабочем объеме не х:/же 10 Moreover, the proposed source allows for a normal pumpdown system 1 and to obtain a vacuum in the working volume not x: / same 10

Данный источник ионов при сохранении всех положительных качеств вергютельного источника типа дуоплазматрон обеспечивает возможность получени  ионов твердых веществ, обладает более высокой эффективно0 стью и более длительным сроком непрерывной работы,,This ion source, while retaining all the positive qualities of a duoplasmatron type swirl source, provides the possibility of producing solid ions, has a higher efficiency and a longer period of continuous operation,

Фие.1Fie. 1

Фие.ЗFie.Z

SU803219699A 1980-12-19 1980-12-19 Duoplasmatron RU993762C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU803219699A RU993762C (en) 1980-12-19 1980-12-19 Duoplasmatron

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU803219699A RU993762C (en) 1980-12-19 1980-12-19 Duoplasmatron

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU993762C true RU993762C (en) 1993-02-07

Family

ID=20932553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU803219699A RU993762C (en) 1980-12-19 1980-12-19 Duoplasmatron

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU993762C (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4785220A (en) Multi-cathode metal vapor arc ion source
US4714860A (en) Ion beam generating apparatus
US4122347A (en) Ion source
US4755722A (en) Ion plasma electron gun
JPS63175324A (en) Plasma electron gun assembly
GB1329228A (en) Electron beam apparatus
US3524101A (en) Triggering device for spark-gap
RU2012946C1 (en) Plasma cathode-compensator
US3760225A (en) High current plasma source
US3486064A (en) Hollow cathode,nonthermionic electron beam source with replaceable liner
EP0095311B1 (en) Ion source apparatus
US3414702A (en) Nonthermionic electron beam apparatus
GB1476293A (en) Continuous ionization injector for low pressure gas dis charge device
US4728862A (en) A method for achieving ignition of a low voltage gas discharge device
US3610985A (en) Ion source having two operative cathodes
RU993762C (en) Duoplasmatron
US3983423A (en) Thermionic converter
RU2167466C1 (en) Plasma ion source and its operating process
TW373244B (en) Ion source block filament with labyrinth conductive path
RU2654494C1 (en) Vacuum spark discharger
US4891525A (en) SKM ion source
US4004172A (en) Gas discharge electron gun for generating an electron beam by means of a glow discharge
RU2323502C1 (en) Gaseous-discharge electron gun
JPS58102440A (en) Hollow-cathode electric-discharge device
US4240005A (en) Apparatus for the generation of primary electrons from a cathode