Источники отрицательных ионов. Двойная перезарядка, страница 15

В работах [127] и [128] (Брукхейвенская лаборатория) был разработан другой подход к проблемам поверхностно-плазменной генерации ионов Н⁻. (В конце этого раздела мы кратко остановимся на различиях этих подходов.) Схема источника — в дальнейшем для его обозначения мы будем пользоваться аббревиатурой HCD (Hollow Cathod Discharge — источник с полым катодом)— представлена на рис. 10.17. Магнитное поле с индукцией 0,01—0,02 Т расположено параллельно зубчатой

Рис. 10.17. Брукхейвенский источник ионов Н⁻ с разрядом, горящим на полом катоде.

поверхности молибденового конвертера и ориентировано перпендикулярно направлению цилиндрических желобков. На начальном этапе работы источника зажигается обычный разряд с осциллирующими электронами. Для его зажигания используется антикатод (на рис. 10.17 не показан), представляющий собой танталовые нити накала и расположенный напротив полого катода, через который осуществляется напуск водорода в источник. Когда имеющий сплюснутую форму полый катод достигает эмиссионной температуры, то принимает на себя роль катода разряда. В результате вся плазма оказывается заключенной в тонком слое вблизи поверхности конвертера. Крышка, показанная на рис. 10.17 в разрезе, служит анодом, и потенциал конвертера по отношению к аноду составляет 100—150 В. Работа источника проходила в режиме стационарного горения разряда. При этом извлекающее напряжение (извлекающий электрод представлял собой набор параллельных вольфрамовых нитей и на рис. 10.17 не показан) подавалось в импульсном режиме (длительность импульса 1 с, скважность <0,2) и равнялось 7,5 кВ. Извлекаемый ток ионов Н⁻ составлял 0,2—0,3 А при примерно таком же токе сопутствующих электронов. Вытягивание пучка осуществлялось через пять щелей, каждая размером 0,2×5 см². Газовый поток был равен 4∙10 ^-2 м³∙Па/с, что дает газовую эффективность (см. задачу 8.3) 6—9%.

Хотя этот источник и источник SITEX представлены каждый в своем разделе (поскольку их разработка проводилась с различных позиций), в действительности они очень похожи. Используемые в источнике SITEX омически нагреваемые катоды заменены в HCD-источнике танталовыми трубками, которые, вероятно, оказались в состоянии создать более высокую плотность тока. Кроме того, эмиссионные щели в HCD-источнике расположены перпендикулярно магнитному полю, а не параллельно, как это имеет место в источнике SITEX. В работе [5] было показано, что в магнетронных источниках перпендикулярное расположение щелей улучшает выход в два раза. По-видимому, все преимущество этого источника должно заключаться лишь в использовании полого катода. Действительно, за исключением газовой эффективности, которая у HCD-источника примерно в два раза выше, чем у источника SITEX, все остальные характеристики, такие, как плотность тока и отношение тока электронов к току отрицательных ионов, не достигли тех значений, которые были получены при работе с источником SITEX.

Ж. Конвертерный источник с удержанием плазмы многополюсным пристеночным магнитным полем

Конфигурация источника, впервые предложенная в работе Леунга и Элерса [183] и показанная на рис. 10.18, придала методу поверхностно-плазменной генерации ионов Н⁻ большую гибкость. Плазма в этом источнике создается в камере, вблизи стенок которой существует магнитное поле остроугольной конфигурации, образованное 14 рядами магнитов (рис. 10.18). Все магниты, за исключением магнитов в двух рядах вблизи извлекающего отверстия, выполнены из материала SmCo₅. В этих же двух рядах установлены керамические магниты, и то магнитное поле, через которое должны пройти ионы Н⁻, имеет максималь-

Рис. 10.18. Источник ионов Н⁻ с конвертером и периферийным остроугольным магнитным полем Леунга и Элерса [79].

ное значение 80 Гс. Такого поля достаточно для удержания электронного потока, и в то же время оно не приводит к чрезмерному отклонению ионов на выходе из источника.