Следовательно, необходимо создать такое распределение потенциала по пучку (рис. 5.13), при котором сначала происходило бы ускорение, а затем замедление ионов до заданного значения скорости. При таком распределении потенциала электроны из плазмы пучка не могут попасть в источник. В то же время медленные ноны, образованные в результате перезарядки пучка, могут ускоряться в направлении ускоряющего электрода в поле, тормозящем электроны. Практически главной причиной ограничения времени работы ионного источника является распыление ускоряющего электрода этими ионами перезарядки. Хотя выше указывалось, что для получения токов большой величины необходима трехэлектродная система (см. рис. 1.1), это не вполне так. В сущности в задаче 2.10 описана одноэлектродная ускоряюще-замедляющая система извлечения пучка. Такие сеточные системы извлечения будут рассмотрены ниже (см. разд. 5.7). Обычно же необходимо иметь по крайней мере два электрода; при этом плазменный электрод служит для предотвращения прямой бомбардировки ускоряющего электрода высокоэнергичными ионами. Прежде чем произойдет запирание пучка при увеличении потенциала, в пучок будут захватываться электроны, которые требуются для компенсации заряда. Представим себе систему извлечения (см. рис. 1.1) без замедляющего электрода. Чтобы в пучок были захвачены электроны, компенсирующие объемный заряд, положительный потенциал пучка должен значительно превысить потенциалы окружающих пучок поверхностей. Даже если замедляющее напряжение от источника электропитания было уменьшено до нуля, распределение потенциала по пучку будет ускоряюще-замедляющим (рис. 5.13), хотя замедление при этом минимальное. Вообще потенциал пучка будет оставаться более положительным относительно любого наиболее положительного потенциала в окружающем пространстве. Следовательно, очень важно, чтобы в окружающей среде не было потенциалов более положительных, чем требуемый положительный потенциал пучка. Нахождение в одной системе любых электродов под потенциалом источника неблагоприятно воздействует на пучок. При этом можно получить пучок только очень малой интенсивности. Траектории некомпенсированных пучков показаны на рис. 5.14. Электроды, находящиеся
Рис. 5.14. Фотоснимок размытия пучка под действием нескомпенсированно-го объемного заряда; нескомпенсированность объемного заряда пучка создается помещением на пути пучка электродов под потенциалом источника [82].
под положительным потенциалом, — это темное пятно в нижнем левом углу и яркий предмет выше, в центре рисунка. Отчетливо видно размытие нескомпенсированного пучка под действием объемного заряда, согласующееся с расчетным (см. рис. 2.16).
Поскольку нет необходимости иметь более двух многоапертурных электродов для ускорения пучка, избежания бомбардировки ускоряющего электрода и задержания обратного по тока электронов из пучковой плазмы, возникает естественный вопрос: «Зачем нужны три электрода?». Одна из причин со стоит в возможности получения больших токов пучка при увеличении напряжения на зазоре. Иначе говоря, если требуется получить пучок с энергией 10 кэВ, то при данных размерах апертур и расстоянии между плазменным и ускоряющим электродами больший ток из каждого отверстия получится при ускорении пучка до 20 кэВ с последующим его замедлением до 10 кэВ, чем просто при ускорении до 10 кэВ. Можно по лучить тот же результат без большого значения отношения ускоряющего напряжения к конечной энергии пучка путем масштабирования размеров системы в сторону уменьшения. Однако когда размеры отверстий становятся слишком малыми, главная проблема — юстировка электродов. Это положение можно сформулировать следующим образом: большие ускоряющие напряжения позволяют укрупнить конфигурацию системы извлечения. Однако, как мы увидим ниже, использование высоких ускоряющих напряжений также имеет серьезные недостатки.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.