Способ получения отрицательных ионов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>669982 (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) заявлено 26.04.76 (21) 2352046/18-25 (51)М. Кл.2 и с присоединением заявки М (23) Приоритет

Н 01 3 37/08

Государствеииый комитет

СССР

Ilo делам изобретеиий и открытий (53) УДК 6 21. 384 . 6, (088.8) Опубликовано 30,1279 Бюллетень М 48

Дата опубликования описания 30.1279 (72) А втор изобретения

Н.Ф.Лазарев (73) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ

ИОНОВ

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано конструировании источников отрицательных ионов и электронов.

В современных газоразрядных источниках отрицательных ионов отбор отрицательных ионов производится с помощью,вытягивающего электрического поля через отверстие, выполненное в аноде источника отрицательных ионов (1).

Известный способ отбора отрицательных ионов не позволяет получить пучки отрицательных ионов с малым )5 энергетическим разбросом ионов при малом сопутствующем токе электронов ез дополнительных специальных устройств. .Наиболее близким к данному техни- 20 ческому решению является способ получения и отбора отрицательных ионов путем зажигания газового разряда в камере с электродами и диафрагмами и отбор отрицательных ионов через 25 отверстие эммссии в одном из электродов (2).

Однако существующий способ не позволяет производить отбор отрицагельных ионов из упомянутой камеры 3О с устойчивым ионознергетическим составом и не ограничивает количество сопутствующих электронов.

Это обусловлено тем, что отрицательные ионы и электроны, образовавшиеся в различных частях газового разряда на участке между катодом и анодом разряда, ускоряются в электрическом поле разряда по направлению к аноду и приобретают за счет указанного ускорения энергию. В результате у поверхности анода в области отверстия для отбора отрицательных ионов собираются отрицательные ионы и электроны с различными энергиями. Наружное вытягивающее электрическое поле, проникающее через отверстие в аноде, зах" ватывает отрицательные ионы и электроны и ускоряет их по направлению от упомянутой камеры. Совпадение направления электрического поля газовогаразряда с направлением вытягивающегО электрического поля не позволяет получить пучок с устойчивым моноэнергетическим распределением отрицатель" ных ионов и не способствует ограничению количества сопутствующих электро" нов. При этом неустойчивости, возникающие на различных участках газобб9982 вого разряда, вносят соответствующие изменения в энергетическое распределение отрицательных ионов и электронов.

Неустойчивость и большое значение энергетического разброса отрицательных ионов в пучке создают определенные трудности в использовании таких пучков особенно в,массспектроскопии отрицательных ионов, а наличие большого количества сопутствующих электронов понижает эффективность устройства и обусловливает рентгеновское излучение в устройствах, где применяется укаэанный способ отбора отрицательных ионов.

Цель изобретения — уменьшение количества сопутствующих электронов и

15 разброса вытягиваемых ионов по энергии.

Поставленная цель достигается тем, что разряд зажигают между диафрагмой, расположенной у электрода с эмиссион- 20 ным отверстием, и другим электродом, причем на последний подают положительный потенциал, а на электрод с эмиссионным отверстием подают отрицательный потенциал относительно 25 указанной диафрагмы, величина которого обеспечивает вторичную ионоэлектронную эмиссию с поверхности электрода.

При таком направлении электрическо-30 го поля вблизи указанной поверхности отрицательные ионы .и электроны, образованные в газоразрядной плазме, отталкиваются от этой поверхности и наоборот, положительные ионы уско- 35 ряются в направлении упомянутой поверхности и бомбардируют ее. В результате бомбардировки у поверхности стенки образуется некоторое количество вторичных электронов. При 40 взаимодействии частиц плазмы с указанными электронами, а также за счет других возможных процессов, образуются отрицательные ионы. Некоторая часть указанных отрицательных ионов и электронов захватывается вытягивающим электрическим полем через отверстие для отбора отрицательных ионов и ускоряется по направлению от упомянутой камеры. Отбор отрицательных 50 ионов при этом производится из весьма тонкого слоя плазмы, расположенного у внутренней поверхности стенки камеры. Падение потенциала в таком слое, как правило, мало и поэтому энергетический разброс отобранных отрицательных ионов так же мал.Соответственно по той же причине количество сопутствующих электронов минимально, а их энергетическое распределение так же мало.

EIa чертеже изображен источник отрицательных ионов, в работе которого использован предложенный способ отбора отрицательных ионов.

Источник отрицательных ионов содержит камеру 1, диафрагму 2 и 3, 45 анод 4, электрод с эмиссионным отверстием 5, вытягивающий электрод б и источники тока 7, 8,и 9.

Камера 1 предназначена для получения газоразрядной плазмы, диафрагма

3 и анод 4-для поддержаний газового разряда, диафрагма с отверстием

2-для фиксирования плазменного образования 10, стенка электрода 5 выполнена из материала, обеспечивающего вторичную электронную эмиссию для создания благоприятных условий при образовании отрицательных ионов в области отверстия для отбора отри-, цательных ионов, вытягивающий электрод б-для вытягивания отрицательных ионов из камеры 1 и ускорения их в направлении от указанной камеры.

Для осуществления предложенного способа отбора отрицательных ионов из камеры 1, в которой с помощью источника тока 7 между диафрагмой 3 и анодом 4 .поддерживают газовый разряд,при этом у отверстия диафрагмы 2 образуется светящееся плазменное образование. Между диафрагмой 3 и стенкой электрода 5 поддерживают разность потенциалов с помощью источника тока

8, при этом соединение источника тока 7 и 8 — последовательное.

При поддержании электрического потенциала на внутренней поверхности стенки электрода 5 ниже, чем потенциал плазмы 10 в области отверстия для отбора отрицательных ионов, отрицательно заряженные частицы, образованные в плазме 10, не в состоя,нии попасть в область отверстия для отбора отрицательных ионов, а положительные ионы из плазмы 10 двигаются по. направлению к отверстию отбора .отрицательных ионов и бомбардируют его поверхность, а также поверхность стенки электрода 5..В результате бомбардировки ионами внутренней поверхности стенки электрода

5 при рекомбинации ионов у поверхности стенки возникает некоторое количество вторичных электронов. Наличие у поверхности стенки камеры в области отверстия для отбора отрицательных ионов вторичных электронов, положительных ионов, различных атомов и молекул с различными уровнями возбуждения способствует интенсивному образованию отрицательных ионов в указанной области.

Образованные отрицательные ионы у отверстия для отбора отрицательных ионов вытягивают из камеры с помощью электрического поля, поддерживаемого источником тока 9 между наружной поверхностью стенки электрода 5 и вытягчвающим электродом б с более высоким электрическим потенциалом, чем потенциал на наружной поверхности стенки электрода 5. Отрицательные ионы с сопутствующими электро669982 нами ускоряются электрическим полем по направлению к вытягивающему электроду 6.

При проверке предложенного способа установлено, что отношение силы тока отрицательных ионов водорода к силе тока сопутствующих электродов составляет не менее 0,5 при диаметре отверстия отбора 0,2 мм, давлении водорода в источнике 1.10 1мм рт.ст., силе тока разряда 0,51 А, напряжении на разряде 65 В, напряжении между катодом и стенкой камеры с отверстием 85 и отсасывающем напряжении

20 кВ, количество отбираемых положительных, отрицательных .ионов и электронов увеличивается с уменьшением электрического потенциала на внутренней поверхности стенки камеры с отверстием для отбора ионов и электронов относительно. электрического потенциала на катоде (с увеличением напряжения источника тока 8) .

С помощью масс-спектрографа с фокусировкой по направлению установлено, что с изменением электрического потенциала на внутренней поверхности камеры с отверстием для отбора ионов, изменяется энергия положительных ионов, отбираемых через указанное отверстие, а энергия отбираемых отрицательных ионов и электронов при соответствующих изменениях электрического потенциала на указанной поверхности стенки камеры, практически не меняется при одинаковых остальных, рабочих параметрах источника ионов (отбор положительных ионов производился после изменения полярности источника тока — 9 в цепи питания источника ионов). Энергетический разброс отрицательных ионов водорода

Н в пучке, полученном с помощью указанного источника, не превышает

1 эв при энергии ионов 20 кэВ.

Использование предложенного способа отбора отрицателЬных ионов из камеры, содержащей газоразрядную плазму, обеспечивает, по сравнению с существующими способами, следующие

5 преимущества: позволяет павысить эффективность устройств, в которых используется предложенный способ, за счет уменьшения количества сопутствующих электронов и уменьшения энергетического распределения отрицательных ионов в пучке; позволяет получить пучки отрицательных ионов) с малым энергетическим разбросом без применения специальных устройств °

Формула изобретения

Способ получения отрицательных ионов путем зажигания газового разряда в камере с электродами и диафрагмами и отбора отрицательных ионов через отверстие эмиссии в одном из электродов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества сопутствующих электронов и разброса вытягиваемых ионов по энергии, разряд зажигают между диафрагмой, расположенной у электрода с эмиссионным отверстием, и другим электродом, причем на последний подают положительный потенциал, а на электрод с эмиссионным отверстием подают отрицательный потенциал относительно указанной диафрагмы, величина которого обеспечивает вторичную ионо-электронную эмиссию,с поверхности электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. E9Kers К w. GrawhB.F.,йоЪЪсц.й Еи йоса.

Vnstrurn. Methods,22,1963,р.8l

2. авторское свидетельство СССР

Р 258476, кл. Н 01 Х 37/08, 1968.

ЦНИИПИ Заказ 8283/50

Тираж 923 Подписное филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4