Источники отрицательных ионов. Двойная перезарядка, страница 3

При использовании сверхзвуковой струи паров какого-либо металла соответствующей толщины ионы Н⁺ низкой энергии могут практически полностью отсутствовать в выходящем из струи пучке. В этом случае необходимо сказать несколько слов о компенсации пространственного заряда пучка ионов Н⁻ (или D⁻) в области между струей и ускорителем. Хотя этот вопрос очень важный, однако его разрешение не вызывает особых затруднений. Положительные ионы, образующиеся в самой струе (например, Сs⁺) при прохождении через нее исходного пучка, имеют возможность диффундировать в образовавшийся пучок Н⁻, который обладает отрицательным объемным зарядом, и накапливаться там в количестве, необходимом для компенсации этого заря та. Подобным же образом пучок ионов Н⁻ с высокой энергией будет, вероятно, компенсироваться положительными ионами, создаваемыми в камере обдирки. Эта компенсация обеспечивается только при энергии пучка 50 кэВ и выше. В работе [11] был произведен расчет компенсации пучка ионами, образующимися в самом пучке при его транспортировке. Такой процесс требует соответствующей плотности окружающего газа. В расчетах не учитывалось, что компенсация может быть осуществлена положительными ионами, приходящими в пучок из камеры нейтрализации обдирки.

Важным вопросом при ускорении отрицательных ионов является вопрос о количестве электронов в плазме пучка между перезарядной мишенью (паровая струя на рис. 10.2) и ускорителем. Поток электронов, идущий с пучком ионов Н⁺, будет подавляться при прохождении через струю пара, так как потенциал плазмы пучка Н⁺ и потенциал в струе, создаваемый медленными положительными ионами перезарядки, будут иметь знак плюс по отношению к потенциалу пучка ионов Н⁻, выходящего из струи. В работе [11] были проведены расчеты, из которых следует, что даже если плотность электронов в районе мишени окажется весьма высокой, лишь отдельные электроны достигнут ускорителя.

Прежде чем продолжить рассмотрение различных аспектов получения пучков ионов Н⁻ (или D⁻) путем двойной перезарядки полезно упомянуть об одной замечательной особенности этого метода. Оказывается, требования по откачке тракта пучка отрицательных ионов и нейтралов могут быть существенным образом снижены (см. работу [9]) вследствие применения сверхзвуковой струи пара, основной функцией которой является обеспечение перезарядки, но которая помимо этого служит барьером, задерживающим потоки нейтрального газа из источника положительных ионов.

Как было показано в работе [138], сечение перезарядки существенно превышает сечение рассеяния на большие углы; таким образом, можно ожидать, что пучок отрицательных ионов после прохождения мишени будет иметь ненамного большее угловое расхождение по сравнению с исходным пучком положительных ионов при толщине струи, достаточной для достижения фракции отрицательных ионов в пучке, близкой к F₋^∞. В тоже время молекулы нейтрального газа могут двигаться со скоростями, составляющими 0,005 скорости ионов Н⁺ (или D⁺), обладающих энергией всего лишь 500 эВ. Эти молекулы находятся в струе столь длительное время, что будут увлекаться парами. Толщина мишени, требуемая для получения плотности тока ионов D⁺, близкой к нулю, и D⁻— к своему равновесному значению [241], для цезия есть величина ~10¹⁵ см ^-2 при энергии ионов D⁺, равной 1 и 2,5 кэВ. Согласно работе [204],  для ионов D⁺с энергией 800 эВ толщина стронциевой мишени составит ~5∙10¹⁵ см ^-2; ионам D⁺ с энергией 3 кэВ будет соответствовать бариевая мишень аналогичной толщины. Такая струя пара по своему действию будет подобна струе диффузионного насоса, препятствуя распространению газа из источника в направлении движения пучка. Перегородка между камерами справа от мишени (см. рис. 10.2)   не должна   допускать проникновения газа из источника ионов Н⁻ (или D⁺) в ту часть системы, где уже движется пучок отрицательных ионов.