Классификация источников положительных ионов, страница 22

Классификация источников положительных ионов          239

механическую обработку. Как и для источника Мура [209], для функционирования данного источника необходим плазменный анод.

Источник типа MESC был создан также и в цилиндрической геометрии с рядами магнитов, расположенных параллельно оси системы, т. е. так, как показано на рис. 8.27, в. Таким был источник Совея [259] (отличие состоит лишь в устройстве задней торцевой поверхности — она имела коническую форму, как у показанного на рис. 8.23 идеализированного источника). Магнитная граница источника была образована двадцатью рядами магнитов из SmCo₅, а анод —лишь десятью узкими пластинами, расположенными достаточно глубоко внутри разрядной камеры, так что отпала необходимость устанавливать плазменный анод.

Расположение магнитов в источнике Мура [209] аналогично показанному на рис. 8.27, а с той лишь разницей, что магниты образуют не коаксиальные окружности, а шестиугольники и магнитное поле на оси такой системы не равно нулю. В источнике Совея [259], как упоминалось выше, можно получить на оси системы нулевое поле. Однако было установлено, что отсутствие магнитного поля является нежелательным, поскольку с магнитным полем рабочие характеристики полого катода оказываются значительно лучше. Для создания поля на оси си-

Рис. 8.36. Полусферический кожух (выполнен из железного листа толщиной 0,5 мм), в который заключалась конструкция, представленная на рис. 8.35.

стемы пришлось удалить некоторые магниты на конусной поверхности разрядной камеры с направлением намагниченности от источника, а магниты с противоположным направлением намагниченности были оставлены на своих местах. Такая перестановка позволила создать в области полого катода сильно расходящееся в направлении экранирующего электрода магнитное поле. Оптимальные характеристики были получены при

240                                            Глава 8

величине магнитного поля 19 мТ. Это значение, конечно, зависит от диаметра полого катода. В работе [259] диаметр был равен 6,4 мм.

8.12. Источник Маккензи

Магнитное удержание плазмы в источнике из работы [193] организовано по следующей схеме: на поверхности металлической камеры, выполняющей роль анода, в определенной последовательности установлены постоянные магниты, создающие линейное или точечное остроугольное поле. Целью данной работы было получение однородной, устойчивой и плотной плазмы для проведения фундаментальных исследований. Однако авторы также проявляли интерес и к развитию ионных источников, создаваемых для формирования (путем двойной перезарядки) мощных пучков нейтралов; они обнаружили, что такая система удержания плазмы позволяет решить проблему генерации ионных пучков с однородным распределением плотности тока вдоль всей эмиссионной поверхности. Следует сказать, что авторам работы не было известно об исследованиях подобной системы, проведенных ранее в рамках космических программ. Источники, в которых используются многополюсные магнитные границы, имеют самую разную форму и разные названия. Одно из них — источник Маккензи, и именно это название мы будем здесь использовать для обозначения данного класса источников.

Один источник этого типа получил название IBIS (см. работу Форрестера [100]), что является сокращенным названием словосочетания «источник ионов с сильным пристеночным (граничным) магнитным полем» (IBIS — Intense Boundary Ion Source). Источник представлен на рис. 8.37. Ряды магнитов расположены в продольном направлении, и симметрия их расстановки обеспечивает нулевое поле на оси и сильно ослабленное поле во всем объеме источника. В мощных ионных источниках энергетическая нагрузка на стенки (как обсуждалось в разд. 8.1) такова, что для источников, работающих с тяжелыми ионами, магниты могут быть установлены внутри разрядной камеры и подвергаться непосредственному воздействию плазмы. Однако для легких ионов, таких, как Н⁺ или Н₂⁺, установить магниты внутри источника невозможно, между плазмой и магнитами необходимо создать в целях предотвращения нагрева магнитов охлаждаемую перегородку. Для магнитов из SmCo₅, например, критической температурой, выше которой происходит необратимая потеря намагниченности, является температура 200 °С. Вследствие того что между магнитами и плазмой имеется промежуточный защитный слой (для плазмы