Источники отрицательных ионов. Двойная перезарядка, страница 22

Бесцезиевый источник пеннинговского типа

Хотя в ранних работах Элерса [76] при такой конфигурации источника  (источник с осциллирующими электронами), где извлечение осуществлялось через небольшое отверстие в аноде, и был получен пучок ионов  Н⁻ с плотностью 40 мА/см², однако Дальнейший поиск в этом направлении не дал никаких результатов, пока не была выполнена работа [147]. В этой работе в экспериментах с источником, обладающим подобной геометрией (рис.  10.25), была получена плотность тока ионов Н⁻, равная 100 мА/см², при полном токе пучка 9,7 мА. Плазменный столб в этом источнике располагается вдоль силовых линий магнитного поля и на своих торцах имеет электроды, находящиеся под катодным потенциалом. В центральной области разряда содер

Рис. 10.24. Калэмский источник с поперечным магнитным полем.

жатся как плазменные, так и первичные электроны. Быстрые электроны, однако, не могут свободно проникать в область между плазменным столбом и извлекающим отверстием; те же, которые проникли, легко отклоняются на анодную поверхность. Поэтому магнитное поле в этой области играет роль фильтра, и температура электронов спадает по мере приближения к извлекающему отверстию. Как и в других модификациях источников с объемной генерацией, в области, содержащей энергичные электроны, происходит возбуждение высоких колебательных уровней молекулы Н₂, а затем эти возбужденные молекулы принимают участие в реакции диссоциативного прилипания в той области, где присутствуют только электроны с низкой той области, где присутствуют только электроны с низкой энергией.

Источник, описанный в работе Леунга и др.[188] (рис. 10.26), в основном аналогичен источнику, показанному на рис. 10.25. Его катод выполнен из материала LaВ₆, и до эмиссионной температуры он нагревается в результате ионной бомбардировки поверхности. Показанные на рис. 10.26 анодные пояса формировали область магнитного фильтра с низкой электронной температурой, требуемой для оптимизации диссоциативного прилипания и минимизации отщепления. При разрядном токе 55 А была получена плотность тока ионов Н⁻, равная 350 мА/см². Устранение анодных поясов привадило к трехкратному снижению тока отрицательных ионов.

Из-за температурных условий длительность импульса не могла превышать нескольких сотен микросекунд.

Характеристики этого бесцезиевого источника с объемной генерацией отрицательных ионов должны вызвать некоторые сомнения в правильности интерпретации источника отрицательных ионов Дудникова. Существуют некоторые сомнения в том, что значительный рост тока ионов Н⁻ при введении в разряд источника Дудникова паров цезия обусловлен поверхностными эффектами. Необходимо проверить возможность того, что это чисто объемный эффект, связанный с изменением энергетического распределения электронов.

Рис. 10.26. Источник пеннинговского типа из работы [188].

Д. Некоторые теоретически возможные модели источника ионов Н⁻

В контексте современных представлений о механизме объемного образования отрицательных ионов (возбуждение колебательных уровней молекулы Н₂ в плазме, содержащей высокий процент быстрых электронов, а затем участие этой возбужденной молекулы в реакции диссоциативного прилипания в плазме с очень низкой электронной температурой) нельзя не сказать об источнике с кольцевым остроугольным магнитным полем (см. работу [36]), описание которого дано в разд. 8.3Д. Хотя по своей конфигурации этот источник сильно отличается от уже успешно функционирующих источников с объемной генерацией отрицательных ионов, тем не менее он характеризуется тем, что плазма в прикатодной области содержит быстрые электроны, а плазма вблизи извлекающего отверстия имеет низкую электрон