SU1698912A1 - Способ генерации многозар дных ионов - Google Patents

Abstract

Изобрс.тсчч ртглсмтс  к физике и теч -мке РО ГНЬСК источников, а конкретнее ч способом и устройствам генерации мчогозарчднь-х ионов дн  yi корнтелей эар  °ннъ части--- ч - гом- ньтч исследораичй. Целью нзоСра1енчп  вл емс  увеличение заоетрности no«cs Способ генерации мчогозар дьых ионов включает форм уован е в разр дной камере п% гем ннзко- энсогеткиного электрппчот г вдогь оси М РГТ-ЧО ciicTe- мы, котора  ззм чнутую мнсго- Kacnonvw по ерчьостъ rvrrn po ,п п- нсп кане и. ii -fПУХЦИИ ПОЧЛ ИУЧЛЧ ЗТП1 - cbCUXIVlCTt нагрев пу :& ; вчода С Т-очеаг- ч -этоь в ЛИ ТИН Мч1 Httn- .xi IH, b jVrpqiol ИЗ УСЛОВЧЧ OCyi5er lP ° -« . Г- ОГипдиклотронного ретонс-нга а пеонф рч i разр дной kciKep . г-ч . осулествп чз 1 ip i -еской сие темой экстракпч 2 ь е

Description

Чзобтзет ение о гнос -тс  к фичике и технике ьоннь -с м очпиков, а конкретнее к: способа и ус гене- раики: оз1Р дчьк но юв дл  уско- ригелеч зар  еч п х частиц и атомных исследовании,

Известен способ, реализованный в элекпот о-лиевом источнике мнс- го ар днь ИОЬОР, в чотором многократна  ИО 1 PTV о ПРОИЗВОДИТСЯ

высокоэнер с -чччь v электронным пучV0 , р СПООС rp-il H 04 ЧМСЯ ВДОЛЬ ОДНОРОДНОГО мачни-г огО .

Этот спос )б С1г „тествт че с  при давлени  - р- Зоч-1 о , меньппж

ей 1 10 7торр, когда ран чэто  потери ионов г BVCOKOI KPCI-- ностью ионизации по переча- р дки.

Недостаток состоит р том, что энерги , вклацываеч а  ь эт ектронньП1 пучок, используетс  непосреппвечнт дн  ионизации с крайне а юн ТЛЕНОСТЫО нвиду КОРОТКОГО времени пребывани  злектроьпь в обпаст оЗ диркн иснов. Врем  аропе- м дгенсЬосого птзострангтра (б тс г v пи.57 тО 10 с на много пер 1Пьоч меныле ст еднет-с времени, чепбх пп  пс Учечн tivc ° к но т, Н У ;О

.

ример, при характерной плотности лектронов в пучке he & 10 энергии электронов 20 кэВ дл  полной обдирки атомов аргона требуетс  не менее 2 с. Вследствие этого вводима  а пучок энерги  расходуетс  главным образом на бесполезный разогрев Коллектора электронного пучка, что делает крайне высокой энергетическую цену производимых ионов.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ, согласно которому многократна  ионизаци  осуществл етс  в кварцевой камере, помещенной в резонатор и в комбинацию магнито- статического и электромагнитного по25

лей, обладающую замкнутой поверхностью электронного циклотронного резонанса (ЭЦР) и минимумом магнитостатическо- 20 ,го пол  внутри этой поверхности. ь Дл  устойчивого поджига исполь- зуетс  холодна  форплазма, образуе- ма  на конца натекател -каппил ра СВЧ полем.

j Дл  получени  замкнутой ЭЦР-по- (верхности используетс  одно- или мно-1 гокаспова  магнитна  система со , встречными магнитостатическими пол ми или комбинаци  зеркальной магнитной ловушки с поперечной (по отношению к оси зеркальной ловушки) многокас- повой системой (мультиполем). Экстракцию ионов осуществл ют вдоль си- , ловых линий магнитного пол .

Недостатком данного способа  вл етс  низкий выход ионов высокой крат- кости ионизации вследствие процессов перезар дки на нейтральных атомах,

JQ

J5

30

35

поскольку нижний предел давлени ,

при котором еще происходит зажигание разр да, не превышает 5 . Между тем перезар дка становитс  несущественной дл  процессов многократной ионизации атомов лишь при давлени х значительно меньше . 1 Цель изобретени  - увеличение зар дности ионов.

Указанна  цель достигаетс  тем, что низкоэнергетический электронный пучок инжектируетс  в услови х давлени  рабочего газа с 10 торр, когда процессы перезар дки  вл ютс  несущественными.

Причем инжектируемые низкоэнергетические электроны пересекают ЭЦР- поверхность, набирают при этом необходимую дл  глубокой обдирки атомов Поперечную энергию и захватываютс  в

ю 20

98912

Магнитную  му, образу  долгоживущую электронную плазму высокой плотности, внутри  мы электроны совершают осцил- л торные движени , в результате чего их врем  пребывани  в этой области (области обдирки) на много пор дков превышает это же врем  в прототипе, увеличива  so столько же раз веро тJQ йость ионизующего столкновени , что и обеспечивает низкую энергетическую цену иона.

Потери электронов из области удержани  (магнитной  мы) компенсируютс 

J5 непрерывной инжекцией низкоэнергетического электронного пучка. Ионы, которые образуютс  в результате соударений атомов и ионов с высокоэнергетическими электронами, наход тс  в отрицательной потенциальной  ме электронной плазмы, чем и обеспечива-. етс  тем более длительное их удержа5

0

0

5

0

5

0

5

ние, чем выше их зар д, В этих услови х поддержание несамосто тельного разр да и процессы ионизации происходит при давлени х рабочего газа ниже 11СГ7 торр.

Устойчивость плазмы обеспечиваетс  тем что она находитс  в минимуме магнитного пол .

Инжекцию низкоэнергетических электронов и экстракцию ионов осуществл ют вдоль силовых линий магнитного пол  в стационарном или импульсном режимах, причем при импульсной экстракции инжектор электронов должен работать в импульсном режиме, чтобы получить максимальное число частиц в импульсе: при прекращении поступлени  электронов потенциал -плазмы возрастает, что вынуждает ионы покидать область удержани .

На фиг. 1 схематично изображено устройство, реализующее предлагаемый способ;на фиг.21 разрез на фиг. 1.

Устройство содержит алюминиевый вакуумный резонатор 1, который одновременно  вл етс  разр дной камерой (длина 8 см, диаметр 13 см), Магнитное поле зеркальной конфигурации формируетс  электромагнитами, состо щими из катушек 2 посто нного тока и полюсных наконечников 3. Поперечное магнитное поле многокасповой конфигурации создаетс  системой восьми посто нных магнитов9 изготовленных в виде пр моугольных брусков с противоположной намаг ниченностью у соседних брусков (бруски из SmCoj

длиной

10

,2

см и поперечными размерами 2,5x2 см2 с намагниченностью на поверхности 3,5 кГс). Резонатор возбуждаетс  микроволновым генератором 5 мощностью 500 Вт на частоте 2,4 Гц с помощью волновода 6 и согласованной щели 7, прорезанной в одной из стенок резонатора.

Сечение плоскостью рисунка замкнутой ЭЦР-поверхности (характерный размер 5 см) схематически изображено пунктирной линией 8, Электронна  пушка , состо ща  из LaBg, катода 9 и нити косвенного канала 10 расположена в дополнительной камере 11 внутри канала , прорезанного в полюсном наконечнике , Между катодом (диаметр 2 см) и резонатором поддерживаетс  разность потенциалов 100 В дл  инжекции электронов внутрь резонатора (камера обдирки ) . Катод расположен между точкой максимума зеркального магнитного пол  и ЭЦР-поверхностью, котора  отстоит от внутренней стенки резонатора на рассто ние 1,5 см. Двига сь вдоль силовых линий зеркального магнитного пол , электроны пересекали ЭЦР-поверх ность, где приобретают энергию пор дк 10 кэВ и захватываютс  в магнитную  му в центральной области резонатора. Напуск рабочего газа осуществл етс  при помощи натекател  12 через дополнительную камеру. Экстракци  ионов производитс  посредством двухэлект- родной системы 13 через канал, прорезанный во втором полюсном наконечнике .

Проведенные испытани  источника показали, что зажигание несамосто тельного разр да и генераци  много- зар дных ионов происход т при давлении рабочего газа (аргон) вплоть до

0

5

0

минимального давлени , обеспечиваемого вакуумными насосами, равного 1-10 7торр. Использование более совершенной техники позвол ет продвинутьс  в область более низких рабочих давлений. Энергетическа  цена иона Аг8ц составл ла 6- 10 1°7%/ион при времени удержани  электронов

0 20 мс. Испытани  показали, что включение электронной пушки в конструкцию источника позвол ет существенно увеличить (на пор док и более) ток многозар дных ионов (Z S 5) , экстра5 гируемых из источника, при одинаковых ионных энергозатратах.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ генерации многозар дных 0 ионов, включающий формирование плазмы в среде рабочего газа в разр дной камере, в области которой создают с Помощью магнитной системы замкну- тую конфигурацию силовых магнитных

   5 линий Ј многокасповой поверхностью и минимумом величины индукций пол 

   в центре разр дной камеры, нагрев плазмы путем ввода в разр дную камеру СВЧ-энергии, извлечение и формиро вание потока многозар дных ионов, при этом величину магнитной индукции выбирают из услови  осуществлени  электронно-циклотронного резонанса на периферии разр дной камеры, о т- личающийс  тем, что, с целью увеличени  тока многозар дных ионов и эффективности их извлечени , образование плазмы осуществл ют путем инжекцни низхоэнергетичного электронного пучкз в разр дную камеру вдоль оси симметрии замкнутой многокасповой поверхности при давлении рабочего гача менее .