Источник ионов

156 1744 Разряд возбуждается импульсныМ напуском газа после установления между катодом 2 и анодом 1 напряжения П400 В и расхода газа Я 350 см /ч х хати. На начальной стадии разряда в полости катода генерируется плазма, экрацируемая от стенок катода слоем катодцого падения Потенциала величиной П, - 300 В, и с катодной. стороны 10 контрагцрующего отверстия 3 образуется двойной слой с напряжением 0 в несколько потенциалов ионизации. Электроны плазмы в полом катоде, по" падая ца границу двойного слоя, уско ряются до энергии е Цс и инжектируются в виде пучка плотностью п в область контрагирующего отверстия 3. Проходя сквозь нейтральный газ, электронный пучок создает в результате пар 20 цых соударений начальную плазму с плотностью и порядка плотности пучка в области коцтрагирующего отверстия 3. 11 ри взаимодействии пучка с этой плазмой начинают развиваться неустойчивости, и в электрических полях колебаний, возбуждаемых при неустойчивостях, электроны плазмы приобретают 1 энергию, достаточную для ионизации и подключаются к процессу ионизации 30 рабочего газа в коцтрагирующем отвер 1 стиц 3. Плотность пе плазмы растет до ,тех пор, пока релаксация пучка по энергии не начнет происходить только За счет коллективных взаимодействий. 35 Последнее реализуется при выполнении в контрагирующем отверстии 3 условий 9Ь, где % - длина свободного пробега электронов пучка, а Ь - высота коцтрагирующего отверстия 3, соответ- ц) ствующая характерному размеру плазмы в направлении оси и толщине слоя рабочего газа в этой области, и) 1 еагде- инкремецт плазменно-пучковой неУстойчивости, 1 е - частота электРон.5 атомных столкновений плазменных элект- ронов, Кроме того, высота Ь должна превыпать длину квазилинейной релаксации при коллективных взаимодействиях 50 г - ф - фп( - -( - -) ) и 7 п Ч в пз 7 иЮ 55 где 7 = (е 11 /2 щ) - скорость электнов пучка;Ч - скорость плазменных электроснов; г - дебаевский радиус плазмы вконтрагирующем отверстии 3,что обеспечивает передачудо 703 энергии пучка плазменным электронам.Ионы плотной плазмы в контрагирующем отверстии 3, поступая на границу двойного слоя, ускоряются его полем и в виде расходящегося направленного потока движутся к границе отбора в пучок. Таким образом, происходит формирование в источнике ионов: предускоренной компоненты. Кроме нее в пучок отбираются ионы из плазмы в полом катоде и, в общей сложности, ток пучка ионов достигает 0,1 части тока разряда.Органиэация разряда в источнике ионов по двухкаскадной схеме, когда объемная генерация заряженных частиц происходит как в полом катоде электронами со стенок катодной полости, осциллирующими в ней после ускорения в слое катодного падения потенциала, так и при плазменно-пучковых взаимодействиях в контрагирующеМ отверстии 3, с коэффициентом размножения больае двух в каждой области (каскаде), поддерживает затраты энергии на генерацию одного иона в разряде не выве 340 эВ.За счет .эеого в совокупности с эффективным токоотбором в пучок электрическая экономичность источника ионов составляет"- 0,3 мА/Зтучитывая, что е ЯРе (п/п) где Яе- плазменная частота в контрагирующем отверстии 3, а )па с (Не (еар где па - плотность газа,, - сечение электрон-атомных столкновеций и па - Ц(КТАЙ) (ф - расход гада, То - температура газа, А9,1,код/И, И - молекулярнаямаееа газа, К- - постоянная Больцмана), получим для диаметра й .из условияЙеа ограничение снизу где С- знак среднего, значения.Сверху диаметр ограничен. условием возникновения двойного слоя при контрагировании отверстием разряда с по-, .лым катодом без магнитного поля;с 1 ( 0,1 На Из условия % Ф Ь для высоты Ь с учетом,ф = (па Яеа) р верхний предел примет вид:1561744 Ь с 0,1 КТ Ад(бабец ) электрол, о т л и ч а .ю щ и й с ятем, что, с целью повышения эффектив-.ности источника ионов за счет увеличения интенсивности пучка ионов, диа"метр 4 и высота Ь контрагирующегоотверстия выбираются из соотношений Приведенные соотношений для диаметра д и высоты Ь контрагирующего отверстия могут быть выражены через фиксированные, легко измеряемые величины1 4510 М 1; сд 0,1 Н 510 М 1;с й 01 Н 10 а даб 10 с.Ьс 34- - -"1;4 И 6 10 " - с Ь с 34 -" - - д д относителдиаметрверстия,высота к где Мса" ,15 на нт томная масса фирующего отГ М-о 1 - и осительн ный ионн атомная м ток,нтрагирующего ом мул а и эоб Ф е верстия Н - линейньп да 1 1 - полный иэ истополог,о като .ок на вык раз ионов, включающий ан с контрагирующим отв ны анода, извлекающий Источи ый кат стиионный чника. оде со стор Составитель В.Волчков едактор И.Коляда Техред М.Ходанич Корректор МЛар24 Тиражосударственного комитета по изобр113035, Москва, Ж, Рауш Подписное тениям и о ская наб.,аказ ытиям при ГКНТ ССС 45 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ухгорол,Гагарина, 101.