Физика \ Физика электронных и ионных процессов

Классификация источников положительных ионов, страница 23


Классификация источников положительных ионов              241

Апертурный электрод

Анод, охлаждаемый водой

Магниты (SmCa5) (12 рядов)

Железная оболочка

Область

однородной

плазмы (18 см)

25см

Н2

Палый катод

Экранирующий электрод

40см


Рис. 8.37. Источник IBIS из работы Форрестера [100].

с низкой плотностью это может быть немагнитная нержавеющая сталь, а в случае высокой плотности — медь, охлаждаемая водой), величина поля на границе плазмы оказывается существенно меньше, чем на поверхности магнита (если только размеры магнита существенно не превышают толщину защитного слоя). Для получения более сильного поля в области сгущения силовых линий на границе плазмы в работе [100] была использована конструкция, показанная на рис. 8.38. На полюсах магнитов установили узкие железные накладки, спаянные по краям с охлаждаемым водой медным защитным экраном, что позволило создать необходимую концентрацию силовых линий в области их сгущения и при этом иметь эффективную систему охлаждения магнитов. Измерения магнитного поля на поверхности вставок дали величину 0,32 Т, что лишь незначительно меньше, чем непосредственно на полюсе магнита.

Охлаждаемый водой медный анод

Железная оболочка (магнитопровод)

Ряды магнитов

(SmCo5)

Железные полоски


Рис. 8.38. Детальная схема организации пристеночного магнитного поля в источнике IBIS (см. рис. 8.37).


242                                             Глава 8

Область однородной плазмы в этом источнике имела диаметр 18 см при диаметре разрядной камеры 25 см   (диаметр охлаждаемого медного защитного кожуха).   Это   определяет размеры эмиссионной   поверхности.   При   умеренной   длине источника поток ионов в боковых направлениях   оказывается столь малым по сравнению с потоком в направлении к извлекающему электроду, что с хорошей точностью можно рассматривать плазму источника как одномерный объект. В этих условиях плотность нейтрального газа в выходной плоскости источника должна быть обратно пропорциональна его длине. Источник IBIS имел длину 40 см, т. е. его длина довольно большая по сравнению с длиной других источников. Можно также ожи- .дать, что значительная длина разрядной камеры будет приводить к возрастанию отношения выхода ионов Н+ к выходу ионов Н2+ и Н3+. Плотность тока, которую удалось получить с помощью этого источника, была равна 0,33 А/см 2; при   этом расход мощности, затрачиваемой на   поддержание    разряда, составил лишь 330 Вт на 1 А извлеченного тока. Хотя катод источника IBIS и имел систему нагрева, что было необходимо для начальной стадии его работы, однако для поддержания его температуры при уже   приложенном   разрядном напряжении требуются очень небольшие затраты энергии. Этот источник может работать в непрерывном режиме.

Даже при такой длине источника эффективность магнитной границы оказывается столь высокой, что действующая площадь анодной поверхности весьма незначительна. Разряд легче загорается и становится менее шумящим, если подать на апертурный электрод анодный потенциал, что по своему действию аналогично введению в разряд плазменного анода, как в работе [209]. Казалось бы, что наилучший путь обеспечения соответствующей площади анода — увеличение длины источника до тех пор, пока ионный ток, протекающий через области магнитных пробок, не сравняется с током ионного пучка. Из решения задачи 8.1 следует, что эта длина должна составлять несколько метров. Преимуществом такого огромного источника должно быть снижение вытекающего потока нейтрального газа (в соответствии с анализом, проведенным в разд. 8.1). В пользу увеличения длины источника говорит и высокий процент атомарных ионов (по сравнению с молекулярными) в выходном пучке.

Скачать файл