Источник ионов металлов

 

СОюз СОВ&тских

Социапмстимескнх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ (11) 5297 12 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 15.07.75 (21) 2156566/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

{43) Опубликовано 05.06.7751оллетень ¹ 21 (45) Дата опубликования описания 03.08 77 (51) M. Кл.

Н 01 У 3/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР

ll0 делам иэввретений и открытий (53) УД < 621.387,424 (088.8) В. А. Груздев, Ю. Е. Крейндепь и A. П. Семенов (72) Авторы изобретения

Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэпекгроники (71) Заявитель (54) источник ионов мятлллов

Изобретение относится к конструкции источников" ионов и может быть также испопьзовано в ускорительной технике.

Известны источники ионов металлов, содержащие тигель с помещенным в него рабочим веществом, ионизационную (иди разрядную) камеру и систему извлечения(1) В ионизационной (или разрядной) камере источников осуществляется ионизация паров рабочего вещества и образование ионов металлов. Для обеспечения паровой фазы металлов разогрев тигля в известных источниках осуществляется с помощью специальных подогревателей непосредственно пропусканием гока по тит пю или электронной бомбардировкой. Давпение паров рабочего металла при этих способах нагрева ограничивается максимально допустимой температурой тигпя, при которой он сохраняет свои конструктивные параметры. В ряде спучаев эта предельно-допустимая температура может быть существенно ниже температуры ппавления металла тит ля вследствие возможного образования лет.коплавких эвтектик при взаимодеастви т испаряемого материала и материала тигля.

Кроме гого, наличие разогретых до высоких температур конструктивных элементов . снижает надежность источников ионов, использующих рассмотренные способы разогрева рабочего вещества.

Известны источники ионов металлов, содержащие соосные анод, катод, огражагель электронов, расходуемый элемент их рабочего вещества и систему извлечения, в в которых расходуемый эпемент из вещества выполнен как один из конструктивных элементов разрядной, камеры ипи все выполняются из вещества (мегалпа), ионы которого необходимо получать.

Пары рабочего вещества в этих источни. ках возникают вспедсгвие разогрева в разряде элементов разрядной камеоы или е результате катодного распылителя. Однако поскольку испаряемый магериаст является в таких источниках составной частью консгруктивных элементов температура испаряемого вещества ограничивается темпера

25 турой ет о плавления и достигнуть досга529712 точно высокого давления пара, а следова- тельно, и высокой производительности источника не удается, Целью изобретения является повышение производительности и надежности источника ионов металлов.

Это достигается тем, что предлагаемый источник снабжен соосными основными дополнительным катодами и анодом, размещенными последовательно вдоль оси между ц) вь1тягиваюшим электродом системы извлечения и отражателем электронов.

Кроме того, с целью повышения эффективности использования рабочего вещества катод снабжен полостью, в которой размещен И расходуемый элемент из рабочего вещества.

На чертеже изображен предлагаемый источник, Он состоит из дополнительного катода

1 с полостным катодом 2 и анода 3, выполненного из немагнитного материала в виде прямоугольной рамки в двух противо: тояших гранях которой имеются отверстия

4 и 5. Перечисленные элементы образуют дополнительную разрядную камеру, магнитное поле в которой обеспечивается постоянными магнитами 6. Полюсными наконечниками магнитов является дополнительный полостной катод, в который напускают газ с определенной скоростью, необходимый для возбуждения отражательного разряда.

Основная разрядная камера для генерации ионного пучка состоит из соосных отражателя электронов 7 с эмиссионным отверстием 8, плоского или полостного катода 9 и цилиндрического анода 10 из немагнитного материала. Рабочее вещество помещается в случае плоского катода за отверстием в нем, в случае полостного катода - в катодной полости. Магнитное поле между отражателем электронов и катодом обеспечивается постоянным магнитом 11 или специальным соленоидомм.

Электрическое питание предлагаемого источника ионов металлов осуществляется согласно схеме, показа -лй на чертеже.

Источник работает следующим образом.

При подаче напряжениями, между электрически соединенными катодами 1, 2 и анодом 3 во вспомогательной разрядной камере зажигается низковольтный полокатодный отражательный разряд. Иэ плаэмьr этого разряда при подаче напряжения0 между катодом основной разрядной камеры и анодом 3 вспомогательной разрядной каме" ры осуществляется эффективное извлечение электронов через отверстие 4.

Электронныи пучок, формируюшиися B пространстве ускорения между отражателем электронов 7 и анодом 3, проникает в ос новную разрядную камеру через отверстие

8 и попадает в полость катода 9. Продольное магнитное поле, создаваемое в основной разрядной камере магнитом 11, оказь;вает на пучок фокусирующее действие, вследствие чего потери электронов пучка при движении их к аноду 10 оказываются незначительны ми.

Электронный пучок обеспечивает локализованный разогрев: рабочего вещества в зоне взаимодействия с ним, интенсивное испарение рабочего вещества в основную разрядную камеру и ионизацию паров рабочего вещества.. При этом основная масса рабочего вещества и конструктивные элементы основной и . вспомогательной разрядных камер остаются относительно холодными, Вследствие этого расход мощности, затрачиваемой на испарение единицы массы рабочего вещества, оказывается наименьшим по сравнению с другими способами нагрева, используемыми в известных источниках ионов, так как в предлагаемой конструкции снижаются потери на теплопроводность и излучение.

Применение катода 9 с полостью оказывается более предпочтительным, поскольку при интенсивном испарении рабочего вещества давление паров в ней достаточно велико, вследствие чего в основной разрядной камере проявляется эффект полого катода, обеспечивающий интенсивную ионизацию пара в полости и в межкатодном пространстве при подаче напряжения

U между электрически соединенными ot»

Рц ражателем электронов 7, катодом 9 и анодом 10.

Образовавшиеся в основной разрядной камере ионы рабочего вещества, двигаясь в направлении отражателя электронов 7, попадают в эмиссионное отверстие 8. Выходя в промежуток между отражателем электронов 7 и анодом 3, ионы ускоряются тем же напряжением, что и электронный пучок и, проходя через отверстия 4 и 5, попадают в свободное пространство, где могут быть использованы в технологических целях или подвергнуты дополнительному ускорению. Поскольку во вспомогательной камере возбуждается полукатодный отражательный разряд, допустимое минимальное давление в камере составляет около

10 мм рт. ст. В совокупности с малыми размерами камеры такое давление не приводит к рассеянию пучка ионов и коэффи529712

Составитель B.. Ким

Редактор J). Цвродная Техред И. Аствлош Корректор А. Власенко

Заказ 1725/163 Тираж 976 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4 циент токопрохождения оказывается доста точно высоким.

При использовании ионного пучка, выходящего из отверстия 3 без дополнительного ускорения, обеспечивается частичная или полная компенсация его положительно го заряда электронами, выходящими также через отверстие 5 из плазмы разряда во вспомогательной камере.

Газовые ионы, выходящие через oraep )p стие 5 из плазмы разряда во вспомогательной разрядной камере и засоряющие пучок ионов рабочего вещества, могут быть легко отсепарированы, так как их энергия на несколько порядков ниже энергии ионов 15 рабочего вещества. Снижение засорения ионного пучка нейтралями рабочего вещества обеспечивается в источнике тем, что между основной разрядной камерой с повышен- ным давлением паров рабочего вешества 20 и вакуумной камерой расположена вспомогательная разрядная камера, пропускная способность которой для паров рабочего вещества весьма низкая, что значительно затрудняет их выход за пределы источника 25 в вакуумную камеру.

Повышенная надежность и долговечность предлагаемого источника ионов металлов обеспечивается благодаря отсутствию специальных электрических нагревателей ра- ЗО бочего вещества, которые используются во многих источниках ионов металлов и разогреваемых для высоких температур элементах конструкции.

Формула иэобре гения

1. Источник ионов металлов, содержащий соосные анод, отражатель электронов, расходуемый элемент из рабочего вещества и систему извлечения, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения производительности и надежности, он снабжен соосными основными дополнительными катодами и анодом, размещенными последовательно вдоль оси между вытягивающим электродом системы извлечения и отражателем электронов, 2, Источник по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что с целью повышения эффективности использования рабочего вещества, катод снабжен полостью, в которой размещены расходуемый элемент иэ рабочего вещества.

Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе:

1. Габович M. Д, Физика и техника плазменных источников ионов, N., 1972.