Классификация источников положительных ионов, страница 5

Рис. 8.5. Ионный источник, предложенный в работе Цинна [286].

Рис. 8.6.   Уноплазматрон    Арденне [12].

На рисунке автора, поясняющем принцип работы источника, показано, что катод окружен плазмой низкой плотности, а вблизи извлекающего отверстия существует область плазмы высокой плотности с потенциалом, близким к анодному. Эти две плазменные области разделены двойным слоем, граница которого показана на рис. 8.6 штриховой линией. Высокая плотность плазмы вблизи выходной апертуры поддерживается ускоряемыми в этом двойном слое электронами. Такое предположение о природе этого я мления нашло свое подтверждение в результатах зондовых изменений плазмы, и, кроме того, в конструкцию источника была заложена возможность непосредственного обзора области вокруг извлекающего отверстия. При разрядном токе 1 А и напряжении 70 В Арденне получил пучок с током 7,8 мА при ускоряющем напряжении 60 кВ. Газовая эффективность составила 19%.

8.3. Одноапертурные источники с магнитным полем

А. Источник с осциллирующими электронами и холодным катодом (пеннинговский источник)

В показанной на рис. 8.7 геометрии ионного источника катодом являются два параллельных диска, расположенных перпендикулярно магнитному полю с индукцией в несколько сотен

204

Глава 8

гаусс. Анод расположен в плоскости, лежащей посредине между катодными дисками. Анодная пластина имеет отверстие в центре. Уходящие с катода электроны ускоряются вдоль силовых линий магнитного поля в направлении медианной плоско-

Рис. 8.7. Пениннговский ионный источник.

сти и затем, пройдя через отверстие в аноде, отражаются от противоположной пластины. Осциллирующие таким образом электроны должны в конце концов попасть на анод, и это произойдет в результате участия электронов во всевозможных столкновениях и из-за возникающих в плазме микронеустойчивостей. В случае холодного катода эмиссия электронов является следствием ионной бомбардировки его поверхности. Существование устойчивого тлеющего разряда оказывается возможным при давлениях, значительно более низких, чем это происходит при тех же размерах, но в отсутствие магнитного поля. Было обнаружено, что при напряжении 2 кВ можно поддерживать горение разряда уже при давлении 1,3·10^-3 Па. Впервые такой разряд был использован в работе Пениннга [224] в качестве вакуумного манометра. По отношению к традиционному ионизационному манометру его преимуществами являются простота конструкции и отсутствие термокатода. В таком варианте использования этого типа разряда извлекающее отверстие, показанное на рис. 8.7, отсутствует.

Вытягивание ионов может быть осуществлено через отверстие в одном из катодов. Эти ионы могут быть затем ускорены до любой нужной энергии. Преимуществом этого источника по отношению к описанным ранее является сочетание небольших размеров и низкого давления, что впервые было продемонстрировано в работе [225].

Напряжение разряда существенным образом зависит от свойств материала катода и уменьшается при использовании