Источник ионов металлов

СОюз Советских Социадмстицескну Республик(45) Дата опубликования оп д-в 15656 У 3/О Государственный номитеСовета Министров СССРпо делам иэооретенийи открытий К 621,387(5 оллетень ЛЪ канин 03.08,77, Грузд 72) А вто ры изобретени Томский институт автоматизированных систем управде и радиоэдекгроники 1) Заявите ЧНИК ИОНОВ МЕТАЛЛОВ егкоспа я точки. в раэИзобретение относится к конструкцииисточников" ионов и может быть такжеисподьэовано в ускоригедьной технике.Известны источники ионов мегаддов,содержащие тигель с помещенным в негорабочим веществом, ионизационную (идиразрядную) камеру и систему извдечения В ионизационной (иди разрядной) камере источников осущесгвдяегся ионизация паров рабочего вещества и образование ионов мегаддов. Ддя обеспечения паровой фазы метаддов разогрев тигдя в известных источниках осуществляется с помощью специальных подогревателей непосредственно пропусканием гока по тигдю иди эдекгронной бомбардировкой. Давдение паров рабочего мегадда при этих способах нагрева ограничивается максимально допустимой температурой тигдя, при которой он сохраняет свои конструктивные параметры, В ряде сдучаев эта предедьно-допустимая температура может быть существенно ниже температуры пдавдения металла тигдя всдедствие возможного образования. Крейндедь и А, П. Семенов д пдавких эвтектик при вэанмодеяствити р емого магериада и материала тигля.Кроме гого, наличие разогретых довысоких температур конструктивных эдементов, снижает надежность источниковионов, исподьзуюцтих рассмотренные способы разогрева рабочего вещества.Известны источники ионов металлов,содержащие соосные анод, катод, огражагель электронов, расходуемый эдеменг ихрабочего вещества и систему извдечения, вв которых расходуемый эдемент иэ вещества выподнен как один иэ конструктивныхэдеменгов разрядной, камеры иди все выподняюгся иэ вещества (мегадда), ионы когорого необходимо подучагь.Пары рабочего вещества в этих исках возникают всдедсгвие разогреваряде эдемннгов разрядной камеоы иди вреэудьгате катодного распылителя. Однакопоскольку испаряемый магериют являетсяв таких источниках составной частью конструктивных элементов температура испаряемого вещества ограничивается темпера 25 турой его плавления и достигнуть досга точно высокого давления пара, а следова-тельно, и высокой производительности источника не удается,Цепью изобретения явпяется повышениепроизводительности и надежности источникаионов металлов,Это достигается тем, что предлагаемыйисточник снабжен соосными основными дополнительным катодами и анодом, размещенными поспедоватепьно вдопь оси между 19вьттягивающим эпектродоМ системы извлечения и отражателем электронов,Кроме того, с целью повышения эффективности использования рабочего веществакатод снабжен полостью, в которой размещен Ирасходуемый элемент из рабочего вещества,На чертеже изображен предпагаемый источникк,Он состоит из дополнитепьного катода1 с попостным катодом 2 и анода 3, выполненного из немагнитного материалав виде прямоугопьной рамкив двух противо:тоящих гранях которой имеются отверстия4 и 5. Перечисленные элементы образуютдополнительную разрядную камеру, магнитное 5поле в которой обеспечивается постоянными магнитами 6. Попюсными наконечникамимагнитов является дополни тепьный попостной катод, в который напускают газ с определенной скоростью, необходимый дпя возбуж- ЗОдения отражатепьного разряда.Основная разрядная камера дпя генерации ионного пучка состоит из соосныхотражвтепя электронов 7 с эмиссионнымотверстием 8, плоского ипи полостного35катода 9 и цилиндрического анода 10 изнемагнитного материала. Рабочее вещество помещается в случае плоского катода за отверстием в нем в случае полостного катода - в катодной попости, Маг Онитное поле между огражатепем электронов и катодом обеспечивается постоянныммагнитом 11 ипи специальным соленоидомэЭлектрическое питание предпагаемогоисточника ионов метаппов осуществпяетсясогласно схеме, показан:лй на чертеже. Источник работает следующим образом. При подаче напряженияО, между эпектрически соединенными катодами 1, 2 и анодом 3 во вспомогательной разрядной камере зажигается ниэковопьтный попокатодный огражвтепьный разряд, Иэ ппазмы этого разряда при подаче напряженияО между катодом основной разрядной камеры и анодом 3 вспомогательной разрядной каме ры осуществляется эффективное извлечение эпектронов через отверстие 4. Эпектронный пучок, формирующийся впространстве ускорения между отражателемэлектронов 7 и анодом 3, проникает в основную разрядную камеру через отверстие8 и попадает в полость катода 9. Продопьное магнитное поле, создаваемое в основнойразрядной камере магнитом 11, оказь;ваетна пучок фокусирующее действие, вследствие чего потери электронов пучка при,юижении их к аноду 10 оказываются незнвчитепьны ми,Электронный пучок обеспечивает поквлизованный разогрев: рабочего вещества взоне взаимодействия с ним, интенсивноеиспарение рабочего вещества в основнуюразрядную камеру и ионизацию паров рабочего вещества,. При этом основная массарабочего вещества и конструктивные элементы основной и вспомогвтепьной разрядных камер остаются относительно хоподными, Вспедствие этого расход мощности, затрачиваемой на испарение единицы массы рабочего вещества, оказываетсянаименьшим по сравнению с другими способами нагрева, используемыми в известных источниках ионов, так как в предлагаемой конструкции снижаются потери нвтеплопроводность и излучение,Применение катода 9 с полостью оказывается более предпочтительным, лоскопьку при интенсивном испарении рабочего вещества давление паров в ней достаточно велико, вследствие чего в основной разрядной камере проявпяется эффект полого катода, обеспечивающий интенсивную ионизацию пара в попости и в межкатодном пространстве при подаче напряжения Ц между эпектрически соединенными отРиражатепем электронов 7, катодом 9 и анодом 10,Образовавшиеся в основной разрядной камере ионы рабочего вещества, двигаясь в направлении отражагепя электронов 7, попадают в эмиссионное отверстие 8. Выходя в промежуток между отражателем электронов 7 и анодом 3, ионы ускоряются тем же напряжением, что и эпектронный пучок и, проходя через отверстия 4 н 5, попадают в свободное пространство, где могут быть использованы в технопогических целях ипи подвергнуты допопнительному ускорению, Поскольку во вспомогательной камере возбуждается попукатодный отражатепьный разряд, допустимое минимальное давление в камере составляет около 10 мм рт. ст. В совокупности с мапыми размерами камеры такое давление не приводит к рассеянию пучка ионов и коэффи1725/163 Тираж 976 Подп НИИПИ Государственного комитета Совета по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., дисноеМинистров СССР л ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 циент токопрохождения оказывается доста точно высоким,При использовании ионного пучка, выходящего из отверстия 3 без дополнительного ускорения, обеспечивается частичная ипи полная компенсация его положительно го заряда электронами, выходящими также через отверстие 5 из плазмы разряда во вспомогательной камере.Газовые ионы, выходящие через отвеем О стие 5 из плазмы разряда во вспомогательной разрядной камере и засоряющие пучок ионов рабочего вещества, могут быть легко отсепарированы, так как их энергия на несколько порядков ниже энергии ионов 1 б рабочего вещества. Снижениезасорения ионного пучка нейтралями рабочего вещества обеспечивается в источнике тем, что межДу основной разрядной камерой с повышен- ным давлением паров рабочего вещества 20 и вакуумной камерой расположена вспомогательная разрядная камера, пропускная способность которой для паров рабочего вещества весьма низкая, что значительно затрудняет их выход за пределы источника 25 в вакуумную камеру;Повышенная надежность и долговечность предлагаемого источника ионов металлов обеспечивается благодаря отсутствию специальных электрических нагревателей ра- ЗО бочего вещества, которые используютсяво многих источниках ионов металлов иразогреваемых для высоких температурэлементах конструкции,Формула иэобре гения 1, Источник ионов металлов, содержащий соосные анод, отражатель электронов, расходуемый элемент из рабочего вещества и систему извлечения, о т л и чаю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и надежности, он снабжен соосными основными дополнительными катодами и анодом, размещенными последовательно вдоль оси между вытягивающимэлектродом системы извлечения и отражателем электронов,2, Источник по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что с целью повышенияэффективности использования рабочего вещества, катод снабжен полостью, в которой размещены расходуемый элемент иэрабочего вещества,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1, Габович М, Д, Физика и техника плазменных источников ионов, М 1972,