Классификация источников положительных ионов, страница 11

216                                                       Глава 8

нагревались до требуемой рабочей температуры (Т=3200 К) за 1 с, а импульс разрядного напряжения имел длительность 30 мс. Для более длительных импульсов или условий работы в стационарном режиме с плотностью тока ионов 0,5 А/см² требовалось организовать помимо анодного охлаждения и систему охлаждения плазменного электрода постоянно циркулирующим хладоагентом.

8.5. Источник с большой эмиссионной поверхностью и осциллирующими электронами (источник Кауфмана)

Принципы, положенные в основу работы источника Финкелыптейна (т. с. магнитное удержание электронов, образовавшихся в результате термоэмиссии, и осуществление извлечения ионов вдоль магнитных силовых линий), в многоапертурных системах впервые были реализованы в источнике Кауфмана [150], разработанном в целях создания ртутного ионного двигателя. Источник этото типа представлен на рис. 8.16, он широко использовался во многих работах, например в работе [258] для получения ионов Cs⁺ и в работе [2] как источник ионов Н⁺.

Существуют многочисленные варианты источника Кауфмана. Эмитирующий электроны катод может быть любого из обсуждавшихся в гл. 7 типов, а магнитная катушка заменяется конструкцией из постоянных магнитов и экранов из мягкого железа. Оптимальная величина магнитного поля обратно пропорциональна диаметру анода, и, как было установлено в работе [258], произведение анодного радиуса на величину оптимального магнитного поля для цезиовога разряда было равно 55 Гс·см. Для других газов, требующих более высокого разрядного напряжения, оптимальная величина поля обычно оказывается в несколько раз больше, но в любом случае не

Рис. 8.16. Ионный источник кауфмановского типа.

Классификация источников положительных ионов          217

превышает нескольких десятков гаусс, что легко получить, используя постоянные магниты и экраны из мягкого железа, как показано на рис. 8.17.

Замена электромагнита постоянными магнитами приводит не только к упрощению конструкции, но и к улучшению рабо-

Рис. 8.17. Источник с постоянными магнитами [258]. Все электроды, за исключением анода и ускоряющего электрода, поддерживаются под катодным потенциалом.

чих характеристик источника: снижается энергия, затрачиваемая на образование одного иона, и возрастает газовая эффективность. Это объясняется тем, что в случае такой замены линии магнитного поля сильнее расходятся в направлении экранирующего электрода,, чем в электромагнитном варианте источника. Проведенное в работе [25] исследование по оптимизации режимов работы источника привело к конструкции, показанной на рис. 8.18. В источнике такого типа магнитное поле имеет очень сильное расхождение в направлении эмиссионной области. Улучшение характеристик, связаное с этим расхождением, обычно объясняют [37] тем, что достигается такая структура поля, которая позволяет первичным электронам, источником которых является расположенный на оси системы катод, достигать любой точки эмиссионной области. Другое объяснение, предложенное в работе [258], основывается на учете влияния на движение заряженных частиц, перемещающихся по спирали вдоль магнитной силовой линии, усредненной силы

F_Z = — μдВ/дz,                                             (8.6)