Классификация источников положительных ионов, страница 10

214                                            Глава 8

создание источника, функционирующего при низком газовом давлении; в разработанном источнике рабочее давление составило всего лишь 0,25 Па.

8.4. Многоапертурные (с большой площадью эмиссии)   источники без магнитного поля

Вполне вероятно, что проблема создания плазмы с высокой плотностью и большим поперечным сечением может быть решена путем использования некоего простого объема (ом. рис. 1.1), в котором один или несколько эмиттеров поддерживаются под отрицательным по отношению к стенкам этой камеры потенциалом. Помимо вопросов, связанных с энергетической нагрузкой на стенки при высокой плотности плазмы, для этого метода характерны присущие именно ему трудности, которые, впрочем, можно разрешить.

Эти трудности обусловлены падением плотности плазмы в направлении ее границ, как было показано в разд. 3.5 (см. рис. 3.5). На рис. 8.15, а представлен источник Элерса [80], в котором эта проблема успешно решена. Горение разряда происходит в цилиндрической камере, длина которой меньше ее диаметра. Катод представляет собой 20 вольфрамовых шпилек с полной эмиссионной поверхностью 34 см², расположенных по кругу вблизи цилиндрической стенки. Сама цилиндрическая поверхность выполняет роль анода, а обе торцевые поверхности (передняя поверхность является плазменным электродом) находятся под плавающим потенциалом. Периферийное расположение катода и анода приводит к тому, что профиль плотности ионного тока на диаметре 12 см имеет плоский характер (с точностью ±6%) и, согласно рис. 8.15, б, этот профиль имеет минимум в центре. Измерение профиля проводилось с использованием подвижных зондов.

Коэффициент газовой эффективности для такого короткого источника неизбежно оказывается ниже, чем в случае длинного источника, при сравнимых плотностях плазмы и распреде-, лении электронов, хотя в работе [80] и сообщалось о полученной газовой эффективности 25% при плотности тока ионов дейтерия 0,5 А/см². Этот источник использовался для получения пучков нейтралов с высокой энергией, а вытекающий из источка газ служил средой, в которой происходила перезарядка энергичных ионов в нейтралы. Как обсуждалось в разд. 5.7, присутствие нейтрального газа в ускоряющем промежутке приводит к таким нежелательным явлениям, как большой ток нагрузки и возникновение в пучке паразитных компонентов. Как отмечалось в работе [95], даже в тех случаях, когда для осуществления перезарядки требуется большая плотность ней-

Классификация источников положительных ионов

Рис. 8.15. о —ионный источник Элерса и др. [80] и б —профиль плотности тока ионов дейтерия при различных разрядных токах. (Рисунок заимствован из работы [272]; внесено исправление неверно обозначенных профилей плотности тока.)

трального газа, более выгодным оказывается сделать плотность- нейтрального газа в области ускоряющих электродов как можно меньшей, а газовую мишень создать в виде локализованной струи уже после ускоряющей системы.

Другим недостатком этого источника является высокая энергетическая нагрузка на катодные нити и анод. Поэтому источник работал в импульсном режиме. Катодные шпильки