Способ получения пучка ионов

О П И С А Н И Е (11)805862ИЗОБРЕТЕНИЯ цвюе Свветскик Свциеливтическнх РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ лцительное к авт. свид-ву(23) Приоритет (43) Опубликовано 23.10.82, Бюллетень(45) Дата опубликования описания 23.10.8(72) Авторизобретецц Н, Мако Заявител СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПУЧКА ИОНОВ Изобретение относится к области ионных источников, которые могут быть использованы для получения интенсивных ионных пучков одно- и многозарядных ионов различных элементов в ускорителях, в установках для имплантации ионов, ицжекции пучков в термоядерные устройства и в целом ряде других приложений.Известны способы получения ионных пучков, по которым ионы извлекают с границы плазмы газового разряда. Для повышения эффективности ионизации в разряде используют магнитное поле той или иной конфигурации 11,В известных способах невозможно повысить эффективность электростатического извлечения ионов с границы плазмы, вследствие чего плотность ионного тока ограничена пространственным зарядом пучка.Ближайшим техническим решением является способ получения пучка ионов из газового разряда, включающий наложение на разряд скрещенных магнитного и электрического полей, извлечение ионов с плазменной границы из отверстия в ограничивающей разряд стенке, формирование и ускорение пучка ионов с помощью электростатической ионно-оптической системы 2,В известном способе используют магнитное поле, компланарное плоскости извлекающего отверстия и создают, используя известные закономерности разряда в скрещенных Е и П полях, электрическое поле, направленное к отверстию. При этом вели чину магнитного поля выбирают из условиязамагцичецности электронов и незамагнцчсццостц ионов, В этом случае ионы пред- ускоряются в разряде по направлению к извлекающему отверстию, что приводит к 10 повышению плотности тока.Известный способ обладает недостатком,связанным с тем, что электрическое поле одинаково воздействует на ионы любой массы, образовавшиеся в разряде, а повы шение плотности ионного тока ограничено,ца практике, порогом распыления стенки с извлекающим отверстием.Целью изобретения является повышениеплотности тока и улучшение однородности 20 пучка по составу.Эта цель достигается тем, что в известном способе получения пучка ионов из газового разряда, включающем наложение на разряд скрещенных магнитного и элект рического полей, извлечение ионов из отверстия с помощью электростатической ионно-оптической системы, плоскость, образованная векторами напряженности магнитного и электрического полей параллель на плоскости извлекающего отверстия, на Ц)Я 62правление упомянутых полей устанавливают из условия идиравленности скорости дрейфа плазмы к Отверстию, д величину магнитного поля задают из условия замагниченности, по крайней мере, одного из 5 ионных компонентов плазмы.Кроме того, с целью повышения относительной доли атомарных ионов при получении пучка ионов водорода или его изотопов, напряженность магнитного поля выби рают из условия:50 где В - индукция магнитного поля,Указанная скорость одинакова для всехчастиц в плазме, однако движутся они поразным траекториям в силу различия в 55ларморовском радиусе частиц:01е- ВМ 60 где У, - скорость частиц поперек магнито о потя -- удельный заряд ионов. Врезультате кроме предускорения ионов радиусы ионов Н Н " Нсоответственно,Е - наименьший характерныйразмер отверстия. 20Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен пример источника ионов, реализующий данный способ.Источник содержит газоразрядную камеру, образованную стенками 1, в передней 25стенке 2 выполнено извлекающее отверстие, например, в виде щели шириной Е.Рабочий газ подается через канал 3. Внутри газоразрядной камеры расположен электрод 4 (анод). Внешняя магнитная систе- ЗОма на чертеже не показана) создает полеЙ, компланарное плоскости извлекающегоотверстия.Способ реализуется следующим образом, 35Подается рабочий газ и подводится разность потенциалов между анодом 4 и стенками камеры 1. Зажигается разряд, в котором электрическое поле Е ортогонально И,а плоскость векторов Е, Й параллельна .1 Оплоскости извлекающего отверстия. Еслипри этом величина Л такова, что ионы замагничены (ларморовский радиус ионовменьше поперечного размера источника),тонаблюдается дрейф плазмы в сторону извлекающего отверстия. Скорость дрейфаопределяется выражением:Фор мул а изобретения 1. Способ получения пучка ионов из газового разряда, включающий наложение на разряд скрещенных магнитного и электрического полей, извлечение ионов с плазменной границы из отверстия в ограничивающей разряд стенке, формирование и ускорение пучка ионов с помощью электростатической ионна-оптической системы, о тл ичд ющнйся тем, что, с целью повышения плотности тока и улучшения однородиосги пучка по составу, плоскость, образованная векторами напряженности магнитного и электрического полей параллельна плоскости извлекающего отверстия, направление упомянутых полей устанавливают из условия направленности скорости дрейфа плазмы к отверстию, а величину магнитного поля задают из усл вия замагниченности, по крайней мере, одного из ионных компонентов плазмы.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения относительной доли атомарных ионов при получении пучка ионов водорода или его изотопов, напряженность магнитного поля выбирают из условия: и+ н" и 2 8где- лорморовские радиусы ионов Н ,НН, соответственно,Е - наименьший характерный размер извлекающего отверстия. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Габович М. Д. Физика и техника плазменных источников ионов. Атомиздат, 1972,2. Авторское свидетельство СССР Хо 217539, кл, Н 013 3/04, 1967 (прототип),можно по данному способу осуществлять воз;и йствис ид зарядный состав пучкд. Так, ири работе нд водоро,и или его изотопах в плазме образуются и(нц трех компонентов: Н Н, Нд, Устанавливая И такой, чтобы ларморовскии радиус ионов П+ - 9 + оыл бы ие больше ширины щели Е., ларморовские радиусы остальных ионов были бы больше этой величины, можно повысить вероятность выхода ионов УУ+ из источника по сравнению с другими ионами.Предложенный способ, таким образом, обеспечивает повьшеиие плотности ионного тока, извлекаемого из источника и улучшение однородности пучка по составу.Типография, пр. Сапунова аказ 1674/13 Изд.237 Тираж 758НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретени 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Подписное открытий