Источник ионов

(1 ц 182974 Г- имИЗОБРЕТЕ ссийской Федерац и товарным знак ит по патен орсюму свидетельст 22) 28.06. лельной ионного родной(56) Авторское свидетельство СССР Х1140640, кл. Н 013 27/04, 983. Авторскоесвидетельство СССР Х 152400, кл, Н ОЯ27/00, 1988.(57) Использование: сильноточные газоразрядные источники ионов, используемые вускорительной технике и технолопш. Сущность изобретения; для ионизации рабочеговещества в источнике ионов используетсядуговой разряд в камере ионизации междурасположенными в ее торцах термокатодоми анодом, горящей в продольном мап 1 итном поле. Экстракция ионов осуществляет-ся поперек магнитного поля из щели впередней стенке камеры ионизации, паралЖ 2 ОПИСАНИ(51) 6 Н 03 Л 2 агнитному полю, а формировани учка осуществляется в трехэлект нно-оптической системой, Для со продольного магнитного пол установлен электромагнит, магнитопровод которого охватывает камеру ионизации по периферии, полюса расположения против катода и анода, обмотки возбуждения поля размещены на боковых частях магнптопровода, а в полюсах проделаны прямоугол.- ные отверстия. Для создания магнитного поля может быть использовано мапп 1 тная система с плоскими ферритовымн магнитами, Управление составом ионов пучка по их разрядности и увеличение газовой экономичности. источника обеспечивается перемещением магнитной системы с полюснымн накладками относительно передней стенки камеры ионизации по направлению или против направления распространения ионного пучка, 2 з, и. ф-лы, 7 ил,.электродная ионно-оптическая система " включает переднюю стенку 6, промежуточный 10 и заземленный 11 электроды, Питание источника обеспечивается высоковольтным вводом, состоящим из штанги 12, столика 13, высоковольтного фланца 14, отделенного от посадочного фланца 5 изолятором 16, защищенным от запыления выравнивающими электрическое поле конусами 17. Посадочный фланец 15 крепится к камере 18, Электромагнит источника перемещается по салазкам 19 кронштейна 20 с помощью пары винт-гайка 21, 22, установленной соответственно в кронштейне 20 и нижней полюсной накладке 1 и ограничивается от перекосов накладками 24.На фиг.З, 4 дано схематическое изображение магнита и обозначены базовые параметры, где Д - длина отверстия в полюсах; Е - расстояние между обмотками возбуждения поля, При этом Д превышает ширину камеры ионизации в 1,5-3 раза, а величина 40 45 50 55 Изобретение относится к сильноточнымгазоразрядным источникам ионов и можетбыть использовано в ускорительной технике и технологии.Цель изобретения - обеспечение возможности управления содержания в ионном пучке ионов различной эарядности иповышения газовой экономичности, а такжеупрощение конструкции и уменьшения массы габаритов. Применение предложенного 10изобретения, обеспечивающего достижение указанных целей, позволит разрабатывать конструкции источников ионов,обладающих более высокими технико-экономическими характеристиками и расширяет круг технологических процессов,использующих ионные пучки,На фиг,1 схематически представленоустройство источника ионов, продольныйразрез; на фиг.2 - поперечные разрез; на 20фиг.З - схема магнитной системы; на фиг.4- вид со стороны полюсной накладки; нафиг,5 - график зависимости 2 от Н,/Н 0; нафиг.6 и 7 - схема варианта источника с постоянными магнитами. 25Источник содержит электромагнит, состоящий из полюсных накладок 1, магнитопровода 2, обмоток возбуждения полл 3. Вполасных накладках 1 проделаны симметрично прямоугольные отверстия 4, а обмот- ЗОки возбуждения 3 защищены от запыленияэкранами 7. Внутри магнитного зазора симметрично относительно его полюсных накладок размещена камера ионизации 5, впередней стенке 6 которой проделана щель. 35По торцам камеры ионизации размещенытермоэмиссионный катод 8 и анод 9. ТрехЕ определяется конструктивными соображениями, связанными с размещением ионно-оптической системы.На, фиг,5 представлена серия кривых, где по оси абсцисс откладывается безразмерная величина Н,/Н 0. а по оси ординат - координата по оси 2. где Н, - измеренная величиНа продольной составляющей магнитного поля в точках по оси 2, Но - то же в середине межполюсного зазора, при 2=0;2 - текущая координата точки измерения вдоль магнитного зазор (измерения проводились в точках с шагом 10 мм).На графике выделена эона, ограниченная пунктирными прямыми, размещая в которой катод и анод, можно получить монотонное изменение кривизны магнитных силовый линий в широком диапазоне при перемещении магнита по оси У.На фиг.6, 7 представлена схематически магнитная система, имеющая межполюсный зазор 120 мм и внешний диаметр 160 мм, Здесь же показано положение камеры ионизации, катода и анода относительно полюсов. Магнитная система состоит из двух идентичных блоков 1, создающих магнитное поле одного направления, каждый из которых имеет по два плоских ферритовых магнита 2 размером 60 х 100 х 18 мм, намагниченных вдоль малой стороны, устанавливаемых против катода 8 и анода 9 и связанных наружным магнитопроводом 3, который охватывает камеру ионизации 5 по периферии, При этом каждый блок выполнен с воэможностью перемещения параллельно направлению распространения извлекаемого ионного пучка относительно другого блока и относительно стенки камеры с отверстием для экстракции ионов, причем блоки установлены на охлаждаемых кронштейнах 20, закрепленных на посадочном 15 фланце источника. Ионный источник работает следующим образом. При среднем положении магнита относительно передней стенки камеры иониэации 6 зажигания обычным образом дуговой разряд между катодом 8 и анодом 9, причем, плазменный шнур разряда локализуется строго вдоль силовых линий магнитного поля пересекающих эмиттерную поверхность катода, Регулируя ток и напряжение разряда и давление пара рабочего вещества добиваются наибольшего выхода ионов нужного сорта и зарядности. Осуществляя затем перемещение магнита и регулируя напряженность магнитного поля изменением тока в катушках возбуждения поля, добиваются максимального выхода нужного сорта ионов.Газовая экономичность источника (определялась на азоте) при получении ионного тока й+, равного 30 мА (экстракционная щель 1 х 40 мм) при фиксированных токе и напряжении разряда 1 Р=6,5 А, Ор=76 8. Одновременно с й измерялся ток Й 2 и ток ионов с большей кратностью заряда. Газовая экономичность определялась как отношение числа ионов Й пучка к числу атомов газа подаваемых в источник, выраженному 10 в процентах.Наибольшая газовая экономичность в 20-22 достигалась при сдвиге магнита на 30 мм в сторону, противоположную направлению распространения ионного пучка при 15 ширине отверстия в полюсных накладках в 30-40 мм и межполюсном зазоре в 165 мм. При дальнейшем сдвиге магнита в эту же сторону до 60 мм газовая экономичность падала до 12 - 15. При сдвиге магнита в 20 сторону распространения ионного пучка газовая экономичность падала до нескольких Формула изобретения1, ИСТОЧНИК ИОНОВ, содержащий 25 камеру ионизации постоянного сечения, ограниченную стенками, в одной из которых выполнено щелевое отверстие для экстра кции ионов, электроизолированные от камеры термоэмиссионный 30 катод и анод, которые расположены у противоположных торцов камеры, магнитную систему, создающую магнитное поле продольного по отношению к экстракционной щели направления, в со став которой входит магнитопровод с источниками возбуждения магнитного, поля и полюсные накладки, установленные напротив торцов камеры, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности управления содержанием в ионном пучке ионов различной зарядности и повышения газовой экономичности, магнитная система установлена с 45 воэможностью перемещения параллельно направлению распространения. извлекаемого ионного пучка относительно стенки с отверс,ием для экстракции ионов и снабжена механизмом, осуществляющим перемещение.2. Источник по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, уменьшения массы и габаритов, магнитопровод выполнен замкнутой 55 формы и размещен коаксиально камере иониэации с ее внешней стороны, на боковых частях магнитопровода установпроцентов, ток ионов й снижался до 15 мА, а ток ионов М 2 возрастал до 15 мА.При реализации изобретения было установлено, что имеется минимальное значение продольной составляющей напряженности магнитного поля, равной -0,02 Тл, ниже которой ионный ток пучка быстро уменьшается. Увеличение же напряженности поля в 3 раза не вызывает заметных изменений интенсивности и формы пучка.Снижение величины напряженности магнитного поля до 0,02 Тл значительно уменьшает снос ионного пучка в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного поля.Повышение газовой экономичности источника ионов при получении максимального выхода ионов нужного сорта улучшает вакуумные условия технологических установок. При этом возрастает стабильность работы источника ионов и срок жизни его узлов,лены электромагнитные обмотки возбуждения поля, при этом в полюсных накладках напротив катода и анода выполнены симметричные прямоугольные отверстия, причем размеры элементов магнитной системы выбраны из условий0,5Б/А0,065; 2,5Б/84;0,5 Г/А 0,6,где А - длина межполюсного зазора;Б - ширина полюсных накладок;В - ширина отверстий в полюсныхнакладках;Г - межэлектродное расстояние.3. Источник по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, уменьшения массы и габаритов, магнитная система выполнена в виде двух блоков с одинаковым направлением магнитного поля, каждый из которых содержит два плоских ферритовых магнита, симметрично расположенных напротив соответствующих электродов и соединенных магнитопроводом, охватывающих камеру ионизации с внешней стороны, при этом каждый блок выполнен с возможностью перемещения параллельно направлению распространения извлекаемого ионного пучка относительно другого блока и относительно стенки камеры с отверстием для экстракции ионов, причем блоки установлены на охлаждаемых кронштейнах, закрепленных на посадочном фланце источника.1829745 Составитель 10, ПигаТехред М,Моргентал актор С. Кулакова рректор Н. Коро каз 1539 Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента 13035, Москва, Ж, Рауцская наб., 4/5