В качестве примера рассмотрим источник ионов водорода с плотностью тока 0,2 А/см2, из которых 60% — ионы Н+ и 40%—ионы Н2+. Предположим, что поток сопутствующего нейтрального газа приблизительно пропорционален току ионов. Для некоторых типов водородных источников эти значения в среднем близки к реальным. Сколько актов перезарядки происходит на 1 см пути, на котором ионы ускоряются до 10 кВ?
Если предположить, что нейтральный газ имеет температуру ~0,05 эВ (580 К), то получим υн≈3*105 см/с и υн2≈2*105 см/с. Для установившегося потока плотность газа равна nh≈nh2≈2,4*1012 см-3. Для оценки примем следующие средние значения сечений перезарядки (рис. 5.23):
Н+ + Н, σ = 2*10-15 см2,
Н+ + На, σ =4*10-16 см2,
Н+2 + Н» σ = 10-15 см2,
Н+2 + Н2, σ = 6*10-16 см2.
Доля перезарядившихся ионов σnl равна
Н+ в Н2, 4,8*10-3,
Н+ в Н2, 1,0*10-3,
Н+2 в Н, 2,4*10-3,
Н+2 в Н2, 1,4*10-3.
Как можно видеть, при указанных значениях ~0,5% ионного пучка испытает столкновение с перезарядкой на 1 см пути. Может показаться, что это малая величина, однако это явление служит основным источником образования паразитных пучков и нагрева электродов.
Для других элементов сечение перезарядки может быть гораздо больше. Например, при перезарядке ионов цезия в парах цезия сечение изменяется от ~5*10-14 см2 при 50 эВ до
10-14 см2 при 10 кэВ. Ионы с такими большими
сечениями перезарядки имеют также большие сечения ионизации, поэтому поток
нейтрального газа или паров из источника следует делать как можно меньше. Во
всех случаях уменьшение выхода
Рис 5.23. Сечения перезарядки для ионов Н+ и Нг+ на атомарном и молекулярном водороде.
нейтрального газа или паров из источника заслуживает особого внимания.
В предшествующих обсуждениях были подчеркнуты вредные последствия перезарядки в ускоряющем промежутке, но образование медленных ионов за электродом также вредно. Это приводит к появлению медленных ионов в плазме пучка, и они, двигаясь к замедляющему электроду, могут ускоряться в направлении ускоряющего электрода, где вызывают эмиссию вторичных электронов, которые в свою очередь ускоряются при движении в глубь источника.
5.8. Управление пучком
Иногда возникает необходимость менять направление пучка, например для изменения направления тяги ионных двигателей. Пучки малого диаметра с низким значением нормированного первеанса можно легко отклонять в поперечном электрическом поле. Широкие пучки с большим значением нормированного первеанса, генерируемые многоапертурной электродной системой, так отклонять нельзя. Плазма пучка в этом случае легко образует экранирующие слои, которые препятствуют проникновению полей в пучок. Отклонение пучка может быть получено с помощью бокового смещения ускоряющего электрода (рис. 5.24). Небольшое боковое смещение электрода в одном направлении вызывает смещение пучка в противоположную сторону. В электродных системах высокого качества (рис. 5.18—5.20) край пучка находится достаточно далеко от
Рис. 5.24. Влияние поперечного смещения ускоряющего электрода на направление распространения пучка (траектории ионов и эквипотенциали не рассчитывались).
кромок электрода, так что малое боковое перемещение электрода возможно без перехвата части пучка. В работах [257J и [101] описан ионный источник, в котором ускоряющий электрод получал боковое смещение при тепловом расширении поддерживающих его стержней в результате нагрева последних электрическим током. Отклонение пучка составило ±9° в двух перпендикулярных направлениях при очень незначительном увеличении тока ионов на ускоряющий электрод.
5.9. Электроды с изолирующим покрытием
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.