Физика \ Физика электронных и ионных процессов

Классификация источников положительных ионов, страница 3

От описания старейшего источника перейдем к рассмотрению наиболее современного, обладающего, как ни странно, наиболее простой конструкцией из всех источников. На рис. 8.2 представлен капиллярно-дуговой источник [194]. В этом источнике газ или пар какого-либо вещества пропускают через сопло с отверстием очень малого диаметра (≤50 мкм). Сопло располагается в центре отверстия заземленного ускоряющего электрода. При соответствующей скорости подачи газа и напряжении на ускоряющем электроде >400 В можно получить практически свободный от помех пучок ионов. Были проведены исследования характеристик этого источника при работе с такими газами, как аргон, гелий, водород, кислород, ксенон. Исследования показали возможность работы источника практически с любыми газами. Вольт-амперные характеристики этого источника при работе с аргоном представлены на рис. 8.3. Выходящий пучок имеет вид узкого конуса, в работе [194] для аргона был получен пучок с яркостью выше 6 мА/ср,


200                                            Глава 8

В основе анализа работы этого необычного источника лежит самосогласованная картина поведения плазмы внутри тонкого капилляра. Согласно этой картине, плазма поддерживается не слабым потоком высокоэнергичных электронов из области ус-

Ускоряющий электрод

Капиллярное сопло

Ионный пучок

Подача газа

Область плазмы

Высокое напряжение


Рис. 8.2. Капиллярно-дугоиой источник.

коряющего поля, а большим количеством ионизующих электронов, поступающих в плазму со стенок капилляра. Наличие значительного числа таких электронов обусловлено существованием большого числа возбужденных атомов на стенках капилляра. Из-за малого внутреннего диаметра капиллярной трубки существенная доля всех возбужденных атомов претерпит соударение со стенками до того, как перейдет в основное состояние. В столкновении такого типа реакция передачи энергии возбуждения электрону оказывается довольно эффективной. В работе [194] показано, что значения плотности ионного тока, плотности атомов и радиуса отверстия находятся в согласии с теори-


Классификация источников положительных ионов             201

ей плазмы Тонкса — Ленгмюра, представленной в разд. 3.5, 3.7

и 3.10.

Применение капиллярно-дугового источника сдерживается двумя серьезными недостатками его рабочих характеристик. Первый из них — интенсивный

1,15∙105Па

105Па

0,83∙105Па

0,67∙105Па

Аргоновое сопло с

размерам отверстия

0,001"

Напряжение на сопле,кВ

Рис. 8.3. Вольт-амперные характеристики капиллярно-дугового источника при разном газовом давлении.

газовый поток. Так, в работе [228] для аргона был получен ионный ток 0,6 мА при извлекающем напряжении 10 кВ и газовом потоке 2,04 см3/мин. Нетрудно показать, что газовый поток 1 см3/мин эквивалентен току 71,7 мА (в предположении, что ионы однозарядные). Отсюда значение газовой эффективности составляет 4∙10-3. Второй существенный недостаток является следствием первого. Кривая распределения ионов в пучке по энергии носит главным образом плоский характер, что обусловлено в существенной мере процессами перезарядки во время ускорения. Ионы оказываются распределенными равномерно по всему энергетическому спектру от пуля до максимального значения. Эта характерная особенность капиллярно-дугового источника была установлена уже после публикации упомянутой выше работы [194].

В. Низковольтный капиллярно-дуговой источник

Скачать файл