Способ получения отрицательных ионов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 211 1)5 Н 01 7 27/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАН ОБРЕТЕНИЯ(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХИОНОВ(57) Изобретение относится к облатехнической физики и техники примкения источников отрицательных иоЦель - уйеличение эффективности плучения и уменьшение угла расходити отрицательных ионовСпособ сотоит в получении пучка положительионов и электроновкоторый преобзуют в пучок отрицательных ионоводном и том же электрическом пол ов ос рав нап вои Н АВТОРСКОМУ СВ тормозящем положительные ионы и ускоряющем электроны и рождающиеся отрицательные ионы, Способ основан на свойстве положительного иона к захвату двух электронов в электрическом поле, тормозящем положительный ион и ускоряющий электрон. Положительный эффект; уменьшение угла расходимости и количества разрушающихся отрицательных ионов иэ-за однонаправленности векторов скоростей всех частиц; увеличение эффективности образования отрицательных ионов, обусловленное свойством положительных ионов захватывать электроны в тормозящем эти ионы электрическом поле, а также высокой скоростью отбора образующихся отрицательных ионов за,счет высокойряженности электрического поля ве их образования. 5 ил. С".Изобретение относится к техничес.ай физик и может быть использованолсследаваниях па изучению элементлр;:ых процессов, в масс-спектроскопии, а также при конструированиинаь ь;х источников,Пельш изобретения является увеличение эффективности получения иуменьшение угла расхадимости отрицательных ионов при преобразовании положительных ионов в отрицательные.Способ состоит в получении пучкапопутных положительных ионов и электронов,. который преобразуют в пучокотрицательных ионов в одном и том жеэлектрическом пале тормозящем положительные ионы и ускоряющем электро"ны и рождающиеся огрицательные ионы,Способ основан на свойстве положительнага иона захватывать два электрона в электрическом поле, тормозящемположительный иан и ускоряющем электрон, Причемр вследствие электроннойаалярнзуемасти в сильном электричесам поле частицы обладают дипальныммоментам Р=Ы,Е где Ы - паляризуемастьчастицы," Е - напряженность электриского поля.На фнг.представлена схема устрайства для .осуществления предложен;га способа; на фиг. 2-4 - фотометрпческие кривые энергетического расределения ионов Н ; на фиг. 5 - ха;:актернае распределение потенциала в35плазме между электродами системы ускорения положительных ионов,Способ опробован следующим образом.В камере 1 (см. фиг, ), выполненной из кварцевого стекла, создаютгазоразрядную плазму с помощью источника тока 2, катода 3 и анода 4. Между электродами 5 и б, введенными вразрядную камеру, прикладывается напряжение ат источника электрическоготока 7; причем на электрод 5 подаетсяположительный потенциал, а на электрод б - отрицательный. В результатевнутренняя поверхность эмиссионногоотверстия 8 электрода 6 бомбардируется положительными ионами, образующимися.между электродами 5 и 6. Частьэтих ионов пролетает в эмиссионное от.верстие 8, не взаимодействуя с поверхностью электрода б, и попадает в55тормозящее их электрическое поле, которое создают между электродами 6 и9 с помощью источника электрическоготока 10; На электрод 9 подают положительный потенциал, в результате чего отрицательные ионы и вторичные электроны ускоряются в промежутке между электродами 6 и 9, попадают в магнитный анализатор 11 и регистрируются на фотопластине 12.На фотометрических кривых (см, фиг, 2-4) по оси абсцисс вправо от нуля отложено значение энергии отрицательных ионов, образовавшихся между электродами 5 и 6, а влево от ну-. ля - значение энергии отрицательных ионов, образовавшихся между электродами 6 и 9 при торможении положительных ионов, которая совпадает по величине с энергией торможения последних.По оси ординат отложена оптическая плотность пачернения масс-энергетического спектра адно деление соответствует О,б единиц оптической плотности). Графическое изображение масс-энергетического спектра получено фотаметрираванием фотоплЛстины с указанным спектрам с помощью микрафотаметра Иб 0-451.Кривые получены при следующем режиме работы схемы. Ток разряда между катодом 3 и анодом 4,1=0,3 А, напряжение разряда 1 =66 В, плотность тока разряда в области электродов 5 и б =2,14 А/см , напряжение источника тока 10.11=12 кВ. Перечисленные параметры одинаковы для всех трех кривых, однако кривые получены при напряжениях между электродами 5 и 6 Б соответственна 50, 100 и 150 В,Как видно из кривых на фиг. 2-4, группы ионов Н , соответствующие пикам 13, 14 и 15, в основном получены в результате преобразования положительных ионов в отрицательные у поверхностей электрода б и отверстия 8. Механизмы образования Н -групп, соответствующих пикам 13, 14 и 15, известны и в основном обусловлены десорбцией, диесоциацией, упругим отраже-. нием частиц с захватом электронов на уровне электронного средства, отразившихся и десорбированных частиц, и другими процессами при бомбардировке поверхности мишени положительнымиионами и нейтралами. Группа Н , соответствующая лику .13, не изменяет своего положения в спектре в зависи- . мости-от изменения напряжения Б что указывает па та, чта эта группа образуется у поверхности электрода 6,з 142117по-видимому, в результате десорбцииили отражения нейтралов в виде НВ отличие от групп Н , соответствующих пикам 14 и 15; энергия которыхувеличивается с увеличением напряжения 01, энергия группы Н , соответствующей пику 16, уменьшается с увеличением напряжения 01 между электро"дами 5 и 6, что указывает на торможение группы положительных ионов в. электрическом поле между электрода ми 6 и 9 и образование отрицательныхионов,Таким образом, в ускоряющем дляэлектронов и отрицательных ионов иодновременно тормозящем для положительных ионов электрическом поле впромежутке между электродами 6 и 9существуют условия для конверсии по-, 20ложительных ионов в отрицательныеионы при условии наличия там электронов. Как. видно из кривых фиг. 2-4,процесс образования ионов Н -группы,соответствующей пику 16, идет в том 25случае, когда протон не полностью заторможен и его энергия составляет несколько десятков электрон-вольт,.Энергии групп отрицательных ионовН , соответствующих пикам 14, 15 и.16, превьппают значение еО . Это вызвано потенциалами плазмы, заключенной между электродами 5 и 6.Распределение потенциала (см. фиг. 5) позволяет объяснить указанное увеличениеэнергии в данных экспериментальныхусловиях. Из кривой распределенияпотенциалов видно, что энергия положительных ионов, поступающих к поверхности электрода 6, складываетсяиз энергии е , получаемой ионамив Результате наличия электрическогополя, создаваемого плазмой, и энергии еО , соответствующей напряжению,пРиложенному между, электродами 5 и 6,Как видно из фотометрических кривыхна фиг. 2-4, пик 16 по интенсивностипревьппает пик 15, что указывает насравнительно высокую эффективностьобразования отрицательных ионов изположительных ионов при их торможе"нии в электрическом поле. Пику 16 соответствует группа Н с не полностью.утраченной энергией протонов, по величине равной (еП, +Б), а пику 3соответствует группа,Н с приобретенной энергией, равной (еБ +Пь), чтоуказывает на то, что группы Н , соответствующие пикам 15 и 16, произош 4,4ли из протонов, поступающих иэ плазмык поверхности электрода 6 и к эмиссионному отверстию 8, причем частьэтих протонов у поверхности отверстия 8 преобразовалась в отрицательные ионы Н и образовала группу 15,а другая часть пролетела.в отверстие18, при торможении в электрическомполе между электродами 6 и 9 в при"сутствии электронов преобразоваласьв отрицательные ионы Н и дала вспектре группу, соответствующую пику 16. При этом в масс-энергетическом спектре наблюдается группа электронов, происхождение которой объясняется вторичной электронной эмиссиейс внутренней поверхности эмиссионногоотверстия 8 в результате бомбардировки ее положительными ионами,Такимобразом, при торможении по"ложительного иона резко возрастаетэффективность присоединения двухэлектронов, как это видно из графиковна фиг. 2-4, При этом образующиесяотрицательные ионы в условиях сильного электрического поля с напряженностью Е=10 кВ/см электрически поляризуются в одном направлении,.чтоспособствует уменьшению угловой расходимости пучка ионов с момента ихобразования,В случае, когда между электрода",.ми 5 и 6 прикладывалось напряжение11 р 200 В, в масс-энергетическомспектре Н пик 16 пропадает, в товремя как остальные пики 13, 14 и 15прйсутствуют.Это обстоятельствоуказывает йато, что процесс образования группыН , соответствующей пику 16, происходит до определенной относительнойскорости между ускоряющимся электроном и тормозящимся положительнымионом, которая характеризует времявзаимодействия упомянутых частиц.При 0200 Б время взаимодействия недостаточно для преобразования Н вН . Поскольку плотность оптическогопочернения 0 можно считать пропорциональной ионному току Н , то с появле-.нием пика 16 общее количество Н вспектре существенно возрастает, что .;,указывает на увеличение эффективностиполучения отрицательных конов при от"боре их через электрод с отрицательным потенциалом,Операция получения положительныхионов включает ионизацию исходного5 14211вещества, и ее можно проводить какпутем применения газоразрядной плазмы, так и другими приемами.Операция получения электронов может включать любые способы эмиссииэлектронов, в том числе и вторичнуюэмиссию при бомбардировке поверхностивеществ ионами.Операция отбора отрицательныхионов происходит самопроизвольно, поскольку в момент образования отрица"тельных ионовони находятся в силь"ном электрическом поле, которое способствует быстрому отбору от зоны ихгенерации,и ускорению в направленииих использования,Одинаковое направление движениячастиц обусловливает увеличение эффективности как при отборе отрица.тельных ионов из зоны их образования,так и в пучке за счет уменьшения угла расходимости ионов, поскольку поступление ионов к месту нх использования увеличивается с уменьшением угла расходимости ионов.Формула и з о б р е т е н и яСпособ получения отрицательных ионов, включающий получение положительных ионов и электронов и их ускорение, преобразование положительных ионов в отрицательные и отбор отрицательных ионов, о т л и ч а ю щ и й-. с я тем, что, с целью уменьшения угла расходимости отрицательных ионов и увеличения эффективности получения отрицательных ионов. преобразование положительных ионов в отрицательные производят путем торможения положительных ионов в электрическом поле в присутствииэлектронов.. Шекмар орре О Лодпнсого комитета СССРний и открытийаушская наб., д. 4/5 ка 03 Про енно-н а ТирааНИИПИ Государственнло делам изобрете, Москва, Ж-Э 5, РЮ ВВ аВ ВМВВлиграичес кое лредл иятне, г, Уагород ул. ПР