Ионная пушка

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯк автоРскомю свидетельств Союз СоветскихСоциалистицескихРеспублик.73 (21) 1946142/2 4 нсоединеннем заявки Гооудерствеииый комитет Совете Миииотров СССР оо деявм изобретеииЯ и открытий(53 4 б) Дата опублиАвторы изобретен Н. Зноби Л. Носков и Ю. А.йибаев Томс ститут автоматизированных систем управлени и радиоалектроники).Заявител 54) ИОННАЯ ПУШ Изобретение от н ускорительн рименейие длятв, в частност алов, в ускор ойствах, гдеродные по ма носитсй кой техниклегироваи полупро электронно ио и может найия твердых в одниковых мав и в другихпользоватьпучки,т т телях ио ребуется сам ионнь усодн ис е Известны ионно-лучевые установки, состоящие из ионных источников, систем ускорения и фильтрации ионов по массам, Недостатками таких установок являются большой вес и габариты, обусловленные весом и габаритами магтцттного масс-фильтра а также сложностью ионного источника, которая является следствием критичности пропускной способности магнитных сепараторо к моноэнергетичности пучка. Известные установки включают низковольтный дуговой ионный источник с испарителем вне разрядной камеры, секционированную ускорительную трубку с делителем напряжения по секциям и электромагни 1-масс-фильтр для выделения нужного массового компонента ионного пучка, потребляющие значительную еского высокоч сочетании н- мощность и требующие сложных системпитанияе- Бель изобретения уменьшение энергопотреблений, веса и габаритов и, упрощениеконструкции установки.Для атого в предлагаемом устройствеисточник ионов выцолнен в виде разряднойкамеры с осцилляцией электронов в магнитном поле, снабженной экстракторо. , хоаод 1 О ными катодами и анодом, изготовленным израбочего вещества, системы фильтрацииионов по массе выполнена в виде динамического квадрупольного масс-фильтра, содержащего цилиндрический, алектрическиИ соединенный с акстрактором и охватываю .щий разрядную камеру акран с эмиссионв ным отверстием на выходном торце, и четыреодинаковых стержня, симметрично расположенных относительно оси пушки и размеоО шенных внутри экрана между экстрактороми Выходным торцом экрана, а в качествеэлектродов системы ускорения служат акрани корпус пушки.Применение динамич аоо 5 тотного масс, фильтра в с простым1 О 25 30 45 60 жутка жточником ионов позволило конструктивнообъединить эти узлы в единый блок и помесить в общий экран ВыхОдная диафрагмавкрана образует с ускоряющим электродом6 оединенным с корпусом пушки, удаленныйот плазменной границы ускоряющий промежуток, чтоспособствует повышению эдекчрической прочности последнего,Пуедлагаемая ионная пушка имеет малыегабариты й вес, потребдяет сравнительномалую мощность проста по конструкции ив обслуживании и может работать при вМсоких ускоряющих налряжениях без секционирования ускоряющего промежутка.Ахроматичность высокочастотного квадрупольного масс-фильтра, т. е. Некритичностьего характеристик к энергетическому разбросу ионов в лучке, допускает работупредлагаемого устройства без экстрактора,что еще более упрощает конструкцию и повышает надежность работы пушки, таккакликвидируется лотевциальный промежутоквблизи плазмы. В ионном источнике ионныйлучок формируется в области катодного пв-дения потенциала, Благодаря тому, что высоковольтный квадрупольный масс;-фильтробладает фокусирующим действием ддя ионовосновного массивного компонента и дефокусирующим для прочих компонентов, предлагаемое устройство характеризуется большой экономичностью рабочего веществе иВысокой чистотой ионного пучканч вылодеНа чертеже изображено нредлегаемсеустройство, .Анод-испаритель 1 гезорозрядной камеры 2 имеет форму полого цилиндра, состоитиз металла, ьоны которого требуется получить и помещен в магнитное поле, создаваемое постоянными ферритовыми метнотами 3. Ддя получения ионов несколькихметаллов анод-испаритель изготовляют ввиде соосно расположенных ксчец из состветствующих металлов, Катоды 4, однсвремеццо являющиеся подюсными наконечниками,закреллены на магнитопроводе 5, изготовленном в виде полого цилиндра измагнитомягксго материала. Мегнитопроводзакреплен не кетодном держателе 6, мастсивном стержне из металла с большой теплопроводностью, проходящем через проходной цзолятор 7. Отвод тепле через катодный держатель обеспечивает стабильнуюрабочую температуру ферритовых магнитови наружной поверхности разрядной камеры.К проходному изолятору крепится внешнийэкран 8, в котором закреплен экстсактор 9и расположены псдеобрезующие стержнимасс фильтра 10. Все вводы 11 электропитания проходят внутри экране к проходному изолятору. Экран является общей точкой источников питания разрядов, экстракции и масо-фильтра кроме того, на негоподается ускоряющее напряжение относительно корпуса пушки 12. Ускоряющий промежуток 13 образован торцом экрана и диафрагмой корпуса. Пуила может работать ибез экстрактора,Чистота фильтрации ионного лучка зависитот числа колебаний, совершаемых ионом вовремядвижения в высокочастотном квадрупольном поле, Таким образом, чистота пучь.ка при заданной энергии ионов повышаетсяс увеличением длины фильтрующего канала.С другой стороны, вследствие расталкивающего действия пространственного зарядапучка и влияния поперечных скоростей ионов токопрохождение для основного массавого компонента уменьшается по мере увеличения длины канала. Следовательно, дляпредлагаемой пуц 1 ки существует оптимальное соотношение между величиной максимальной энергии ионов, поступающих вфильтрующий канал, и геометрическими соиотношениями между элементами конструкции. При входных условиях, характерныхддя предлагаемой конструкции, оптимадЫным является отношение длины пслеобрезующих стержней к радиусу апертуры массфильтра, равное 40, при равенстве рвдиу-.сов апертуры и радиуса стержней.Ионная и;шка работает следующим сбразом,Посд 5 е подучуния вакуума в объеме пушки 10 - 10 тор между катодами и анодом-испарителем подается постоянное напряжение 2 5 кВ, и в камере зажигаетсявысоковольтный разряд, значительная частьэнергии (50%) которого выделяется нааноде, что приводит к разогреву послед него до температуры, при которой парциель ное давление паров металла составляет-310 тор. Пары металла ионизируются в разряде, и коны под действием поля экстрактора извлекаются из камеры и постулают в канал масо-фильтра. При отсутсгвии экстректора ионы попадают в фильтрующи 1 канал под действие сил электрического поля разрядной камеры, При движениив фильтрующем канаде пучок ионов подвергается действию квадрупольного высокочастотного псдя и разделяется по массам, Ионы определенной массыдля которых пр данной частоте и амплитуде вьсокочастот ного поля а канаде масо-фильтра существ ют фокусирующие условия, проходят в вьвходную диафрагму и в ускоряющем проме-, жутке приобретают необходимую энергию. Ионы других масс уходят не стержни иди на экран, не достигая ускоряющего промт496868 г фнлввл ГцГ Гвтеп", . Ужгорол, ул. Гроектнвн, Л Фоумула изобретения 1. Ионная пушка, содержащая корпус, источник ионов, систему ускорения и систему фильтрации ионов по массе, о т. л и ч а ю щ;а я с я тем, что, с целью уменьшения энергопотребления, веса и габаритов и упрощения конструкции, источ ник ионов выполнен в виде разрядной камеры с осцилляцией электронов в магнитном поле, снабженной кстрактором, колодными катодами и анодом, изготовленным нз рабо. чего вещества, система фильтрации ионов по массе выполнена в виде динамического квадрупольного масс-фильтра, содержащего цилиндрический, электрически соединенный ЦНИИГИ Деказ 2587/47 с екстрактором иобхватывающий раавГ 1 щн 1 ГГ 1 вкамеру экран с эмиссионным отверстиемйа выходном торце и четыре одинаковыкстержня, спмметрично расположенных ов.носнтельно оси пушки и размещенных внутри экрана между экстрактором и выходнымторцом экрана, а в качестве электродовсистемы ускорения служат экран и корпуспушки.1 О 2, Ионная пушка по п, 1, о т л и ч а. ющ а я с я тем, что стержни масср-фильтраустановлены таким образом н имеют такиеразмеры, что расстояние между ними равноих диаметру, а длина стерлядей в сорок раэпревышает указанный диаметр. Тираж 976 Подписное