Ионные источники с электронным пучком

трех значений n₀ при одинаковых I_e и Е_е даны на рис. 12.14. При малом п₀  все ионы удерживаются в ловушке до конца цикла ионизации (τ_i = 100 мс). Как только достигается определенное значение п₀, ионы начинают теряться через определенное время τ_i, хотя Q⁺ еще продолжает увеличиваться из-за возрастания q_i. Если уровень компенсации близок к единице, когда τ_i = 0, начинается потеря ионов, a dQ⁺ /д τ_iдостигает максимума.

Зависимость Q⁺= ƒ( τ_i) при полной первоначальной компенсации исследовалась при различных значениях 1_eи Е_е. Полученные данные, преобразованные в зависимость η = ƒ(τ_i), где η - уровень компенсации, представлены на рис. 12.15. Интересно, что для всех I_e < I_ecrкривые почти совпадают. Разница возникает, когда I_e = I_ecr, и чем больше I_e, тем круче спадает кривая η = ƒ(τ_i). Скорость потери приближается к 0 при η =  0,15; это означает, что процесс ионизации может быть продолжен в течение длительного периода без потери ионов из ловушки.

Рис. 12.14. Зависимость заряда Q⁺и количества ионов в ловушке п от т, для трех различных пар начальных значений Q⁺и п.

Итак, исследования показали, что существуют определенные диапазоны изменения параметров ионно-электронной системы, в пределах которых процессы инжекции и удержания ионов могут быть удовлетворительно описаны моделью одиночных ионов и моделью самосогласованного поля. Но если I_e > I_ecr, в ионно-электронной системе возникают процессы, которые ведут к быстрой потери ионов из электронного пучка и не позволяют получить многозарядные ионы.

12.3.3. Получение многозарядных ионов

Эксперименты по получению многозарядных ионов и голых ядер проводились на установке КРИОН-2 при I_e < I_ecr. На рис. 12.16 такие эксперименты иллюстрируются последовательностью спектров зарядовых состояний ионов неона. Спектры демонстрируют одно из важных различий между ИИЭП и другими источниками многозарядных ионов: в ходе процесса ионизации ионы с низкими зарядовыми состояниями полностью исчезают, преобразуясь в ионы с высокими зарядовыми состояниями. Как результат, на выходе ИИЭП появляется более или менее узкий спектр зарядовых. состояний, и в пределе остаются только ядра, полностью лишенные своих электронных оболочек. Ометим главные особенности всех экспериментов. . Рис. 12.16. Зависимость спектра зарядовых состояний ионов неона от времени ионизации.

1.  Повышение зарядового состояния ионов продолжается в течение всего времени удержания (до 40 с в случае ионизации ксенона, например), если энергия электронов в пучке достаточно велика и ядерное состояние не достигнуто.

2.  Спектры эволюционируют медленнее при больших η, чем прц малых η, что указывает на радиальную утечку ионов из пучка во время удержания.

3.  Спектры немного различаются в зависимости от времени ион-ного импульса, при котором снят спектр.

Итак, при помощи источника КРИОН-2 было экспериментально показано, что в ИИЭП возможно получение ионов с любым зарядовым состоянием.

12.3.4. Другие экспериментальные результаты

Среди результатов, полученных на других установках ИИЭП, наиболее интересным было наблюдение получения многозарядных ионов при аномально коротком удержании в электронном пучке в ВП ИИЭП CRYEBIS [19, 20]. Измеренное значение плотности тока свободного от ионов электронного пучка в этих экспериментах составляло около 10³ А/см², но, используя время удержания всего лишь около 5 мс, удалось получить голые ядра азота, неона и аргона, а также ионы Кг^{34 +} и Хе^{44 +}. Рассмотрение эволюции ионов криптона, например, показало, что происходит последовательная ионизация