Способ получения отрицательных ионов

(505 Н 01 Х 27/00ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОЬРЕП.НИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ ССОРс сГи атаасиамт саиаатальстит(56) Патент США3424904,кл. 250-84, 1969.Агафонов И.А. и др. Выбор материала мишени для перезарядного источника ионов Н и Д . Журнал технической физики, 1980, 50, 10, 2163.(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЪНЫХ ИОНОВ, включающий ионизацию исИзобретение относится к области технической физики и может быть использовано при конструировании источ- . ников отрицательных ионов, а также в экспериментальных исследованиях и масс-спектроскопии с высоким разрешением.Известны способы получения отрицательных ионов, включающие ионизацию исходного вещества, отбор положительных ионов исходного вещества с образованием пучка положительных ионов и преобразование положительных ионов исходного вещества в отрицательные ионы путем введения на пути движениь положительных ионов вещества в виде мишени в состоянии газа или пара.В указанных способах образование отрицательных ионов происходит в момент столкновения исходного положительного. иона с частицами вещества мишени. При этом электроны внешних оболочек атомов .мишени переходят к положительным ионам исходного вещестходного вещества, формирование пучкаположительных ионов, преобразованиеположительных ионов в отрицательныеи отбор отрицательных ионов, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения угла расходимости отрицательных ионов, преобразованиеположительных ионов в отрицательныепроизводят путем инжекции пучка электронов с энергией меньше, чем энергияионизации атома исходного вещества,перпендикулярно пучку ноложитедьныхионов,ва, в результате чего образуются от- , З рицательные ионы исходного вещества.Известные способы преобразования положительных ионов в отрицательные ионы не позволяют получать пучки от-й рицательных ионов с высокой направленностью из-за рассеяния частиц при столкновениях в мишени,аВИзвестен способ получения отрицательных ионов, включающий ионизацию Ос, исходного вещества, формирование пуч- . ка положительных ионов, преобразова- . фф ние положительных ионов в отрицательные в области взаимодействия и отбор отрицательных ионов, в котором в ка- Ю честве исходных положительных ионов используются ионы водорода и дейтерия, а в качестве вещества мишени ис- д пользуется цезий и натрийОднако соударения с атомами и ионами щелочных металлов приводят к увеличению потерь ионов исходного ве щества и к увеличению угловой расходимости пучка отрицательных ионов.Целью изобретения является уменьшение угловой расходпмости пучка отрицательных ионов и увеличение эАектцвцостн пх получения, При этом понижается зФЛектеевееость получения отрицательных ееоееоезЦелью изобретения является уменьшение угла расходпмости отрицательных ионов.Поставленная цель достигается1 Отем, что в известном способе, включающем ионпзацию исходного вещества,форе еиров аееце пучка положительныхионов, преобразование положительныхионов в отрицательные в области15взаимодействия и отбор отрицательныхионов, преобразование положительныхиоцов в отрицательные производят путем инжекции пучка электронов с энергией еееньше, чем энергия ионизацииятома исходного вещества, перпендикулярно пучку положительных ионов,Сущность способа заключается втом, что при рекомбинации положительного иона исходного вещества со свободным электроном происходит ступенчатый переход электрона по энергетическим уровням возбуждения атома исходного вещества, при этом на некоторых определенных энергетических уровнях возбужденный атом присоединяетдополнительный электрон, который иобуславливает отрицателъееый заряд от -рицательцого иона исходного вещества.При преобразовании положительногоиона в отрицательный ион необходимопо крайней мере два электрона, одиниз которьгх необходим для рекомбинации, полохпетельного иона, а другойдля образования отрицательного иона. ОПричем в момент рекомбинации иона образуется возбужденный атом, которьпезахватывает второй электрон, если образованньпе при этом отрицательныйион будет находиться в возбужденном ,цквазистациоцарном состоянии с энер гией возбуждения, равной одному извозможных энергетических уровней возбуждения, Поскольку указанный процесспроисходит при вполне определенныхуровнях энергии возбуждения атома,которые меньше потенциала ионизацииатома исходного вещества, то и энергия вводимых свободных электроновдолжна быть меньше , чем потенциал .ионизации атомов исходного вещества,55Оптимальееьее значения энергии вводимьех электронов могут быть определеныкак экспериментально, так и теоретически для каждого отдельного случая в зависимости от рода и скорости движения исходных ионов и необходимости получеция отрицательных ионов с определенным уровнем возбуждения. Получение свободных электронов можетбыть основано на фотоэмиссии, вторичной эмиссии и термоэмиссии, а такжеца использовании газоразрядных источников электронов, а изменение энергии электронов может быть достигнутопутем изменения ускоряющего и тормозящего электрических полей.Поскольку для образования одного положительного иона в отрицательный необходимо два электрона, количествоэлектронов по крайней мере в два раза должно превышать количество полохлтельных ионов.Ионизацию исходного вещества мох- но проводить путем бомбардировки электронами, путем отоионизации и другими способами. Отбор положительных ионов и Лормеерование их в пучокможно проводить вытягиванием их электрическим полем, а преобразование ихв отрицательные проводят введением в ПОТОК ИЕПЕ ПУЧОК ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ИОНОВ пучка свободных электронов перпендикулярно пучку положительных ионов.Условие взаимного пересечения пучковвызваеео тем, что образованные отрицательные ионы при взаимодействии со свободными электронами интенсивно разрушаются. Если же вводить электроны вдоль пучка ионов, то одновременнос образованием отрицательных ионов будет происходить и их разрушение по всей длине пучка. Это связано с различными скоростями частиц. При этом пучок будет содержать большое количество нейтральных частиц. Протяженность участка взаимного пересечения двух упомянутых пучков или потоковдолжна определяться оптимальным количество отрицательных ионов и может быть получено экспериментально илирасчетным путем с учетом особенностей исходного вещества и скорости вещества и скорости движения заряженных частиц. Предпочтительнее применять осциляцию электронов. Отбор или выведение отрицательных ионов для использования производят путем отклонения их в магнитном или электрическом полях.Нейтральные частицы, образовываю-щиеся при рекомбинации некоторой части положительных ионов можно преобра106 Составитель Т. ШибаеваРедактор Е.Гиринская Техрец Л.Олийнык Корректор М, Самборская Заказ 2434 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 зовать в отрицательные ионы, если указанный объем облучать электромагнитным излучением, энергия фотонов которых меньше .потенциала иониэации. атома исходного вещества. Этим достигается возбуждение нейтральных частиц до уровней энергии, при которых легко присоединяются дополнительные электроны. В результате такой операции можно повысить эффективность получения отрицательных ионов.Использование способа обеспечивает уменьшение угловой расходимости пуч 7972бка отрицательных ионов за счет исключения атомных столкновений илипреобразования положительных ионов в 5отрицательные увеличение эффективности получения отрицательных ионовза счет исключения потерь частиц,вызванных изменением направления движения при столкновении ионов исходного вещества с атомами мишени, а также вызванных рекомбинацией отрицательных ионов.с положительными ионами мишени.