Источники отрицательных ионов. Двойная перезарядка, страница 23

Поле фильтра

Рис.10.27. Предложенная автором геометрия источника ионов Н⁻

ную температуру. Поэтому стоит проверить возможности такого источника по части генерации отрицательных ионов.

Поскольку в магнитных пробках происходит селективное отражение горячих электронов, может оказаться полезным провести испытания магнитного фильтра другого типа. Его устройство показано на рис. 10.27 (такая конструкция аналогична конструкции «пикет фене», представленной на рис. 8.24). Показанное на рис. 8.25, в расположение постоянных магнитов создает такую же структуру магнитного поля, однако в этом случае прошедшие через магнитную пробку медленные электроны будут не сразу проникать на противоположную сторону фильтра, а сначала их большое количество попадет на поверхность магнитов.

Одним из вариантов этой схемы может быть конструкция, при которой фильтр располагается с обратной стороны плазменного электрода, на первом электроде ускоряющей системы. В этом случае показанный на рис. 8.25, в фильтр с полем, образованным постоянными магнитами, будет иметь реальное преимущество перед токовым фильтром.

10.5. Извлечение и  ускорение отрицательных ионов

Как упоминалось в разд. 10.4А, извлечение отрицательных ионов из объема плазмы представляет собой более сложную проблему, чем извлечение положительных ионов (проблемы, связанные с извлечением последних, обсуждались в гл. 5). При извлечении положительных ионов можно не учитывать тот факт, что в плазме существуют отрицательные ионы и быстрые электроны. В этом случае с хорошей точностью можно полагать, что плазма состоит из максвелловских электронов с температурой Т и положительных ионов. Последние дрейфуют в направлении границы плазмы с энергией порядка kT. В той области, где ионы движутся к извлекающему отверстию, форма поверхности между почти нейтральной плазмой и пучком положительных ионов определяется исходя из достаточно четких критериев, даже если такое вычисление и представляет некоторые трудности.

Ситуация с извлечением отрицательных ионов оказывается более сложной. В источниках с объемной генерацией для их успешного функционирования необходима низкая электронная температура в области извлекающего отверстия. В этом случае, даже если плазма имеет положительный потенциал по отношению к своим границам, его величина будет небольшой, так что отрицательные ионы, образовавшиеся в результате реакции диссоциативного прилипания с участием колебательно денной молекулы водорода, будут обладать достаточной энергией для преодоления этого барьера. В некоторых случаях, когда удается осуществить эффективное удержание электронов периферийным магнитным полем, в которое входит и поле, поперечное извлекающему отверстию, плазма становится отрицательной относительно своих границ, и тогда отрицательные ионы при уходе из плазмы ускоряются. В любом случае при извлечении отрицательных ионов происходит также и извлечение сопутствующих электронов, что необходимо принимать во внимание при расчете влияния объемного заряда. Исчерпывающий обзор машинных моделей формирования пучка отрицательных ионов представлен в работе [276]. Дальнейшая детализация вопросов, связанных с извлечением и ускорением отрицательных ионов, выходит за рамки данной книги.