Извлечение и ускорение пучков положительных ионов, страница 7

Для достижения высокой прозрачности плазменного электрода необходимо плотное размещение отверстий или щелей, а это сокращает боковое пространство, необходимое для образования электродов с чисто пирсовской геометрией. Существенным является и то, что ускоряющие системы сильноточных ионных источников вначале ускоряют ионы пучка до энергии больше заданной, а затем тормозят их до требуемого значения энергии; поэтому их называют системами с ускорением — замедлением. Такой принцип работы объясняется необходимостью по давления обратного потока электронов в источник.

Этот пункт нуждается в уточнении. Ионный ток, текущий между плазменным и ускоряющим электродами (cм. рис. 1.1), по существу является потоком, ограниченным действием объемного заряда, плотность которого соответствует межэлектродному расстоянию, несколько уменьшенному за счет областей между апертурами и вогнутыми поверхностями плазмы. За выходной плоскостью пучок может пройти расстояние порядка межэлектродного, прежде чем его потенциал возрастет до величины потенциала источника и пучок отразится.  Этот процесс, называемый запиранием пучка, обсуждался в разд. 2.11В.)

Отмеченный эффект обычно не происходит вследствие компенсации объемного заряда положительных ионов захваченными в пучок электронами. Для запирания пучка потенциал должен возрасти до максимального значения. Ионный пучок неизбежно способствует образованию электронов в результате вторичной эмиссии с поверхностей, бомбардируемых ионами, а также ионизации остаточного газа достаточно высокоэнергичными ионами. Эти электроны удерживаются в потенциальной яме, образуемой положительным объемным зарядом ионов, взаимодействуют друг с другом и с ионами, формируя плазму, которая называется пучковой.

В  состав  плазмы кроме быстрых  ионов пучка  и тепловых электронов могут входить также медленные ионы, образующиеся при перезарядке ионов пучка на нейтральном газе. Даже если доля пучка, участвующая в процессе перезарядки, мала, образующиеся ионы покидают область пучка настолько медленно по сравнению с быстрыми частицами, что их плотность может значительно превышать плотность ионов пучка. (Более подробно об этом см. в гл. 6.)

Представим, что потенциал между плазмой источника и пучковой плазмой монотонно убывает (см.рис. 1.1). При этом получается как бы двойной слой, В котором ионы движутся по направлению

Рис. 5.13. Требуемое изменение потенциала между плазмой источника и плазмой пучка.

от плазмы источника к плазме пучка, а электроны— в обратном направлении. Как было показано в разд. 2.10, в этом случае электронный ток должен превышать ток ионов в  раз. Электронный ток такой величины (при условии, что он обеспечен системой электропитания) может вызвать столь сильное выделение мощности на источнике, что тот быстро расплавится. Большой отбор электронов из пучка и недостаточная генерация их ионами могут привести к запиранию пучка.