Классификация источников положительных ионов, страница 6

Классификация источников положительных ионов                    205

материалов с высоким коэффициентом вторичной эмиссии. В работе [18] было проведено исследование влияния материала катода на характеристики разряда. Разрядное напряжение изменялось от 3600 В для никелевого катода до 350 В для алюминиевого и 280 В для бериллиевого катодов (такое напряжение наблюдалось лишь до тех пор, пока не происходило нарушение оксидного слоя на поверхности алюминия или бериллия). В работе [108] использование полого алюминиевого. катода позволило получить в пеннинговском источнике в импульсном режиме разряд с напряжением всего лишь 150 В.

Б. Источник с осциллирующими электронами и термокатодом (источник Финкельштейна)

Использование термокатода в источнике с осциллирующими электронами позволяет получать ионный пучок с током, величина которого ограничена соображениями срока службы катода и возможностью системы электродов управлять таким током, а также возросшими требованиями газовой эффективности источника. На рис. 8.8 представлен первый источник такого типа— источник Финкельштейна [89]. Диаметр области осцилляции электронов и извлекающего отверстия в этом источнике составляет 0,63см, индукция магнитного поля В равна 360 Гс. Полученный в работе Финкельштейна ток пучка ионов водорода достигал величины 150 мА. При имевшемся в распоряжении автора источнике напряжения на 3 кВ максимальный ток пучка, в соответствии с уравнением (5.2), для ионов с атомной массой 2 и значением χ =3,85·10^-8А/В^3/2 составил лишь 6 мА. При токах, превышающих что значение, Финкельштейн наблюдал большую угловую расходимость, так что лишь небольшая

Рис. 8.8. Источник с осциллирующими электронами и термокатодом (источник Финкельштейна).

206                                            Глава 8

Рис. 8.9. Источник Поили с осциллирующими электронами [191]. (Заимствовано из  работы [272].)

часть ионного тока проходила через последовательно расположенные отверстия и ускоряющих электродах.

На рис. 8.9 и 8.10 представлены источники из работ [19] и [1] соответственно. Эти и многие другие источники относятся к типу источников Финкельштейна, отличительной чертой которых является наличие термокатода и области примерно однородного магнитного поля, вдоль силовых линий которого осциллируют электроны. Извлечение ионов осуществляется через отверстие, расположенное напротив катода.

Использование антикатода, как показано на рис. 8.10, позволяет зафиксировать положение поверхности, с которой происходит отражение электронов и начинается ускорение ионов. Тем не менее в источнике Бейли [19] такой электрод отсутствует. Разрядное напряжение почти всегда меньше 100 В (здесь мы не имеем в виду работу Бейли [19]), и при ускоряющем напряжении 200 кВ форма поверхности с катодным потенциалом будет вогнута внутрь отверстия в анодной камере, что, как и наблюдалось в экспериментах, позволяет получить хорошую

Классификация источников положительных ионов                    207

фокусировку пучка. Как с антикатодом, так и без него эти источники являются источниками с осциллирующими электронами.

В предложенной Финкельштейном модели источника электроны из-за наличия отрицательных потенциалов на торцах плазменной колонны принуждены двигаться в боковых направлениях. Это приводит к возникновению в распределении потенциала седловой точки. В частности, Финкельштейн предположил существование минимума потенциала на оси плазменной системы, что означает наличие силы, вынуждающей электроны двигаться в боковом направлении. Такое распределение потенциала также препятствует движению ионов поперек маг-