Источники отрицательных ионов. Двойная перезарядка, страница 13

Источники магнетронного типа использовались также и в некоторых других лабораториях. Так в Лос-Аламосской лаборатории был получен ток ионов Н⁻, равный ~0,1 А со щели размерами

1×0,05 см (см. работу [8]). В этих экспериментах было зафиксировано отношение тока ушедших с катода отрицательных ионов к току бомбардирующих катод положительных ионов, равное 0,7, что существенно выше достигнутого в других работах. Та же группа исследователей (см., например, работу [255]) проводила эксперименты с вращающимся катодом, что имело целью повышение частоты следования импульсов. При токе ионов Н⁻, равном ~ 1 мА, им удалось достичь практически непрерывного режима работы, однако при токе 100 мА скважность составила лишь 1 %.

Упомянутый ранее импульсный многоамперный источник, описанный в работе Бельченко и Димова [27], представлен на рис. 10.14. Катод этого источника имел протяженность 3 см в направлении, параллельном магнитному полю, и 18 см — в перпендикулярном. Вместо фокусирующих желобков (одномерная геометрическая фокусировка) в этом источнике использовались

Рис. 10.14. Импульсный  многоамперный  источник Бельченко и Димова [27].

сферические   фокусирующие   лунки   (двумерная   фокусировка), расположенные на катодной поверхности в ортогональном гексагональном порядке. В последнем случае катодная поверхность имела сотовую структуру, аналогичную показание рис. 9.12 (игольчатый ионизатор).

Источник не имел системы охлаждения, и поэтому мог работать только в импульсном режиме. Длительность импульса была равна 0,2—0,8 мс, но за это время ток ионов Н⁻ составил 11 А при разрядном токе 700 А; усредненная по всей площади вытягивания пучка плотность тока оказалась равной 0,18 А/см². При величине магнитного поля 0,5—1,5 кГс и вытягивающем напряжении 25 кВ отклонение электронов, движущихся по трохоиде, получается достаточно большим, так что их основная часть попадает на ускоряющий электрод. Мощности, рассеиваемые на этом электроде и катоде, оказываются одинаковыми и равны 1 кВт/см².

Толщина зоны осцилляции электронов вдоль контурной поверхности катода определяется размером его боковых выступов (см. рис. 10.14, а) и составляет 1—2 мм. В поджиговой выемке катода, где происходит ввод газа в газоразрядную камеру, высота боковых выступов катода увеличена до 4—5 мм; это позволяет снизить плотность водорода, требуемую для зажигания и горения разряда. Это, а также то обстоятельство, что поток ионов Н⁻ с катода подвергается двадцатикратному сжатию перед входом в эмиссионные отверстия многоапертурной ускоряющей системы, делают возможным получение газовой эффективности источника не менее 20%.

Г. Источник отрицательных ионов Н⁻ пеннинговского типа

Принимая во внимание обнадеживающие результаты в экспериментах с планотроном. Дудников [72] добавил цезий в разряд источника с пеннинговской геометрией (рис. 10.15). Это также приводит к возрастанию выхода ионов Н⁻. В отличие от планотрона в этом источнике вытягивание осуществляется не в направлении нормали к поверхности катода. Если действительно ионы Н⁻ в этом источнике есть результат поверхностной генерации, то в таком случае вытягиваемые ионы должны были возникать вследствие перезарядки с нейтралами в области вблизи извлекающего отверстия или же это ионы, эмитированные с поверхности анода. В работе [32] было высказано предположение, что ионы Н⁻ образуются на анодной поверхности в результате ее бомбардировки быстрыми нейтралами. Эти нейтралы могут формироваться из ионов, присоединивших на катоде электрон и отраженных с полной энергией, или же они образуются из ионов Н⁻, ускоренных прикатодным полем и потерявших после этого лишний электрон. Однако следует отметить, что работы [147, 188], которые будут рассмотрены в разд, 10.4Г, зарождают некоторые сомнения в интерпретации данного источника как основанного на поверхностной генерации