Как отмечалось в разд. 5.5, эффективная система извлечения и ускорения ионов может состоять только из двух электродов (см. рис. 5.15, а), хотя малая угловая расходимость достигается при использовании трех и более электродов. Электродная система с единственным электродом может быть создана путем нанесения изолирующего слоя со стороны плазмы на экранированный электрод и использования последнего в качестве ускоряющего электрода. Впервые это было осуществлено напылением оксида алюминия на поверхность электрода, обращенную к плазме [198], однако более благоприятные результаты были получены [20, 210] при нанесении стеклянного покрытия на обращенную к источнику сторону металлической решетки (рис. 5.25).
Часть поверхности стекла, контактирующая с плазмой, должна находиться под плавающим потенциалом по отношению к плазме, т. е. под потенциалом, при котором ионный и электронный токи равны. Этот потенциал для ртутной плазмы, содержа- 1 щей только максвелловские электроны, равен приблизительно 6 электронным температурам (см. рис. 3.11). При разрядах в ртути небольшое количество первичных электронов, приходя на поверхность стекла, делает ее несколько более отрицательной по отношению к плазме. Металлическая сетка должна находиться под еще более отрицательным потенциалом, создавая очень компактную, обладающую высоким первеансом извлекающую систему с единственным электродом. В этом случае не возникает проблемы юстировки расположения электродов.
Рис. 5.25. Извлекающий электрод, покрытый стеклом.
Такие сетки фактически показывают более высокий первеанс на апертуру, чем остальные системы извлечения. Было обнаружено [26], что характеристики сеток улучшаются при покрытии распыленным материалом части стекла, находящейся со стороны плазмы. Это означает, что металлическая сетка (рис. 5.25), покрытая стеклом со всех сторон, за исключением части, обращенной к плазме пучка, должна быть покрыта только со стороны, обращенной к плазме источника. Такой тип электрода, по-видимому, дает достаточно большую угловую расходимость пучка, однако, насколько нам известно, это свойство не было освещено в литературе.
Недостатком системы с единственным электродом с покрытием, приведшим в конечном счете к отказу от использования таких систем, является сравнительно короткий срок службы. Проводились исследования возможности применения этих систем в ионных двигателях, где требуется ресурс порядка10 тыс. ч. Такие электроды обычно выходили из строя самое большее через несколько сотен часов.
Однако впоследствии изучались возможности применения экранированного электрода с покрытием как части трехзлектродной системы. В работе [277] получена существенно улучшенная угловая расходимость пучка при использовании экранированного электрода с цилиндрическими отверстиями, покрытого слоем А12О3 со стороны плазмы. Например, приложение потенциала 300 В к изолированному плазменному электроду при ускоряющем напряжении 14,4 кВ снижало угловую расходимость с 1,16 до 0,55° при том же токе пучка. В соответствии с результатами работы [278] прохождение пучка из источника диаметром 22 см через апертуру размером 20X25 см, находящуюся на расстоянии 4,1 м, увеличивалось на 30% при использовании изолирующего покрытия на первом электроде. Какими благоприятными ни были бы полученные результаты, таким системам следует предпочесть четырехэлектродные системы с отверстиями в плазменном электроде.
5.10. Извлечение ионов с помощью мелкоячеистых сеток
Извлечение ионного пучка возможно при использовании одной мелкоячеистой сетки, обращенной к плазме источника и находящейся под отрицательным потенциалом [92, 59, 123]. Если размер отверстия в сетке значительно меньше толщины переходного слоя So, ускорение ионов происходит как бы между параллельными плоскостями.
Потенциал источника относительно потенциала плазмы пучка равен Vo (рис. 5.26). Ускоряющий электрод находится под потенциалом — V1, чтобы обеспечить ускоряюще-замедляющее изменение потенциала, необходимое для предотвращения обратного потока электронов. Фактически нет необходимости в смещении потенциала сетки относительно потенциала канала, по которому должен распространяться пучок. Если сетка
Рис. 5.26. а — система извлечения с мелкоячеистой сеткой и б — изменение потенциала от плазмы источника к плазме пучка.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.