Источники отрицательных ионов. Двойная перезарядка, страница 14

Рис. 10.15. Пеннинговский источник ионов Н⁻ .

ионов Н⁻, а не как источника с объемной генерацией. В работе [7] приводится пример характеристик такого типа источников. Со щели размерами 1×0,05 см был получен ток 108 мА. Длительность импульса была равна 0,7 мс. При таком токе рабочий цикл был ограничен тепловыми возможностями системы и составлял 0,5%. Газовая эффективность была равна 0,8%.

Д. Модифицированный калютрон, или источник SITEX

Концепция поверхностно-плазменных источников обусловливает их применение в ряду других плазменных конфигураций. Один такой источник, похожий на источник магнетронного типа, представлен на рис. 10.16. Это — окриджская модификация показанного на рис, 8.11 калютронного источника. Его описание Дано в работах Дагенхарта [69, 61, 62]. Он получил наименование SITEX (Surface lonization with Transverse Extraction — поверхностная ионизация с поперечной вытяжкой).

Помимо добавления к водороду (или дейтерию) цезия SITEX отличается от калютрона еще и тем, что задняя поверхность камеры не находится под анодным потенциалом, а представляет собой изолированную пластину, которую можно поддерживать под определенным потенциалом. Очевидны два преимущества этого источника перед источниками магнетронного типа, разработанными в Новосибирске и Брукхейвене. Первое связано с использованием термокатодов, что позволило получить достаточно плотную плазму при меньшем газовом давлении и более низком разрядном напряжении. Другое преимущество обусловлено возможностью поддержания конвертера под заданным потенциалом по отношению к плазменному столбу.

Эмиссионная щель этого источника   параллельна   магнитному полю, т. е. ориентирована  под  прямым  углом  кнаправлению, обычно выбираемому в источниках магнетронного типа, для которых в случае перпендикулярного к правлению    магнитного поля расположения щели ионов Н⁻  оказывается в двараза больше  (см. работу [5]).

Первоначально работа водилась с плоским  молибденовым конвертером,    однако   впоследствии    на его   поверхности    были сделаны канавки цилиндрической формы. В  работе с  таким конвертером были достигнуты    следующие   результаты: полный ток ионов Н⁻ составил 650 мА при  вытягивающем напряжении 18 кВ. Конвертер имел систему охлаждения и длительность импульса была равна 10 с. Было показано, что извлекаемый ток пропорционален   площади    эмиссионных    отверстий. Достигнутая      плотность      извлекаемого       тока       составила 130 мА/ см². В ранних экспериментах плотность сопутствующего электронного тока была весьма велика, однако впоследствии ее удалось понизить до уровня 15% плотности ионного тока. Такой эффект был достигнут в результате увеличения до 6 мм расстояния между плазменным столбом и электродом, через который осуществлялось извлечение ионов. Электроны, которые все же ушли из разряда, будут дрейфовать в направлении, поперечном магнитному полю, и 90%   этих электронов  соберутся  на специальные приемники при потенциале 0,1  полного напряжения на ускоряющем промежутке, При работе с дейтерием характеристики источника оказываются не столь хорошими, как в случае водородного пучка. При плотности тока ионов D⁻ 100 мА/см² и длительности импульса 5 мс полный ток пучка составил 260 мА.

Те значения, о которых идет речь, относятся к токам непосредственно после их вытягивания. Реальные же токи, достигшие коллектора, будут существенно меньше из-за процессов обдирки и перезарядки. Газовая эффективность источника составляет лишь 3%, и при начальном токе пучка 650 мА до коллектора дойдет пучок с током 200 мА. По-видимому, необходимо улучшать либо газовую эффективность, либо откачку тракта пучка, либо и то и другое вместе.

Е. Источники с полым катодом