Предварительный анализ ситуации показывает, что для выполнения ионно - оптических систем источников с поперечным сечением пучка 1000 см2 необходимо использование электродов с толщиной не менее 3 мм, так как при меньшей толщине возможно существенное искажение формы дисковых электродов. Минимальное расстояние между электродами должно составлять ~ 4 мм, так как при меньших расстояниях трудно с достаточной точностью обеспечить постоянство этого расстояния вдоль поверхности электродов. Именно эти цифры использовались при проведении расчетов за исключением длины la ускоряющего промежутка высоковольтного источника, которая должна быть увеличена, чтобы избежать межэлектродного пробоя. Известно, что в чистых вакуумных условиях пробоя не наблюдается даже при напряженности электрического поля достигающей нескольких десятков киловольт на миллиметр, однако в условиях технического вакуума вероятность пробоев существенно возрастает и увеличение напряженности электрического поля выше величины ~ 3 кВ/мм является нецелесообразным.
В ходе расчетов рассматривалась трехэлектродная ускоряюще - замедляющая система, которая обладает целым рядом преимуществ по сравнению с двухэлектродной системой [137]. Длина замедляющего промежутка была 4 мм во всех рассмотренных случаях.
При проведении расчетов диаметр отверстий d во всех электродах ионной оптики считался одинаковым и варьировался в пределах от 8 до 16 мм. Использование электродов с меньшим диаметром и с меняющейся величиной отверстий затрудняет юстировку системы. В ходе расчетов определялась величина тока I на выходе одноапертурной трехэлектродной системы и предполагалось что полная величина тока пучка равна произведению I и числа апертур. Результаты работы [138] показывают, что такое предположение является вполне допустимым. Учитывая, что суммарная площадь апертур при любом диаметре отверстий составляет величину ~ 0.5 от площади электрода, неообходимо определить оптимальные условия для того чтобы средняя плотность тока на выходе одноапертурной системы
(7.2.1)
была максимальной.
Расчеты проводились для пучка, состоящего из ионов аргона. Считалось, что все ионы являются однозарядными. В ходе расчетов варьировались величины полного Ut = jpl - ja и чистого ускоряющего напряжения Un = jpl - jd, где jpl, ja, jd - потенциалы плазмы, ускоряющего электрода и замедляющего электрода, соответственно. При расчетах задавались два различных значения потенциала эмиттерного электрода je относительно плазмы. Одно значение je=50В соответствует случаю дугового разряда, а второе je = 500 В, что характерно для случая, когда эмиттерный электрод является частью катода тлеющего разряда. Для проведения вычислений использовалась программа "BEAMCAD", разработанная во Всероссийском Электротехническом Институте Коваленко Ю. А [77].
На рис.7.4 представлены полученные в результате расчетов зависимости средней плотности выходного тока от плотности тока ионной эмиссии из плазмы Je для высоковольтного источника. Для обоих исследуемых случаев первоначальный рост J сменяется спадом после достижения некоторого максимального значения Jm. Спад обусловлен тем, что часть ионов попадает на замедляющий электрод. Поскольку это может привести к пробою, то рабочей областью источника является диапазон значений J < Jm.
Эмиттирующая ионы
поверхность плазмы формируется внутри отверстия в эмиттерном электроде, и
диаметр этой поверхности меньше d. Поскольку толщина приэлектродного
слоя больше в тлеющем разряде, то средняя плотность выходного тока в этом
случае уменьшается. В предыдущем разделе аналогичная ситуация рассматривалась
для случая электронной эмиссии и проведенный анализ позволил объяснить
особенности эмиссионных характеристик электронных источников. Используя
Рис.7.4. Зависимости средней плотности выходного тока от плотности тока ионной эмиссии для высоковольтного источника. 1 -jе = 50 В, 2 -jе = 500 В.
Рис.7.5. Зависимости Jm от Ut для низкоэнергетичного источника.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.