|
|
X
О
лирующимп электронами и создать плазм, эмиттер с большой поверхностью п умеренной плотностью тока. Использование миогоапертурной ИОС позволило формировать пучки о током ~10А. Эта модификация паз. дуоппгатроном. Относительно прост плазм, эмиттер с большой поверхностью в И. и. без внеш. магн. поля (ИБМ). Плазма созда╦тся в ГРК с помощью диффузного разряда низкого давления между распредел╦нным катодом в виде большого количества накаливаемых нитей и анодным фланцем. Размеры эмиссионной поверхности достигают 12x50 см2 с хорошей однородностью эмиссии. Величина тока пучка, формируемого мпого-апсртурной ИОС, >100 А. Недостаточные энергстич. и газовая уффективности привели к созданию И. и. с периферийным магн. полем (ИПМ), в к-ром магн. no;ie, уменьшающее потери ионов из плазмы, локализовано вблизи стенок ГРК («магн. стенка») и отсутствует ь центре, В результате сохраняется хорошая однородность плазмы на эмиссионной границе и повышаются энергстич. и газовая эффективности. При использовании 4-электродной, многоапсртурной ИОС достигнут ток пучка св. 70 А при энергии ионов водорода (дейтерия) до 120 кэВ. Укапанные выше И. и. работают в квазистационарных режимах.
Для генерации пучков отрицат. ионов разработано два метода: метод т. н, двойной перезарядки положит, ионов и метод непосредственного извлечения отрицат. ионов из плазмы.
Методом двойной перезарядки пучки отрицат. ионов получаются при проведении сформированных пучков положит, ионов низкой энергии через мишени из паров щелочных металлов (Na, Gs). Эффективность выхода ионов Н~ составляет от 10 до 30% в зависимости от выбора паров металла и энергии первичного пучка. Использование И. и. типа ИБМ и ИПМ позволило получить пучки ионов Н~ в псси. А и ионов Но~ до 1 А.
Совр, плазм. И. и. с непосредственным извлечением отрицат. полон основываются на двух способах их образования: поверхностно-плазменном (ПШТ) и объ╦мно-плазменном (ОПИ). Отрицат. ионы в IIП И образуются в результате взаимодействия положит, ионов газоразрядной плазмы с активированной поверхностью катода, работа выхода к-рой понижена адсорбцией атомов щелочного металла, добавляемого в ГРК. Часть первичных ионов отражается от поверхности катода, а др. часть выбивает атомы, адсорбированные па поверхности. Значит, доля тех и других уходит с катода, захватив электрон, в нпде отрицат, ионов, к-рью ускоряются прикатодным потенциалом, проходит через плазму, попадают в область эмиссии и ускоряются с помощью ИОС. Разл. модификации И. и. такого типа работают в маги, поле, притом извлечение ионон происходит попер╦к маги. поля. При извлечении и ускорении отрицат. ионов возникают определ. трудности, поскольку из плазмы одновременно извлекаются и электроны. В лучших конструкциях И. и. токи этих частиц одинаковы, в большинстве случаен электронные токи значительно превышают ионные. В 80-е гг. токи 11 ~ достигают 10 А.
В основе ОПИ лежит создание газоразрядной плазмы с высокой концентрацией отрицат. ионов. Осн. роль в образовании отрицат. ионов играют два процесса: возбуждение молекул водорода на высшие колебат, уровни и затем диссоциативное присоединение электрона к колебательно возбужд╦нной молекуле. Исследуется неск, конструкций И. и. двухкамерного типа. В первой камере в газоразрядной плазме с быстрыми катодными электронами происходит возбуждение молекулы. Во второй камере, отдел╦нной от первой т. н. магн. фильтром, задерживающим быстрые электроны, происходит диссоциация молекул в плазме с холодными электронами. Задача подавления сопутствующего электронного потока здесь также оста╦тся актуальной. чпо ^ И. и. металлов, особенно тугоплавких, помимо 208 обычного зажигания разряда н парах соответствующего
металла, используют для получения паров бомбардировку поверхности мощным электронным пучком, вызывающим распыление металла. Совр, импульсные плазм. И. и. позволяют получать в течение десятков наносекунд ионные пучки с током до 10е А, объемный заряд к-рых автоматически компенсируется захватываемыми электронами. Принципиальная трудность создания таких эфф. импульсных И. и. связана с необходимостью подавления электронного потока, неизбежно распространяющегося внутри высоковольтного ра? тд-иого промежутка навстречу формируемому иошшд-у пучку. Она успешно преодолевается в т. п. отражат. триодах и диодах с поперечным маги, полем. Отражательный д и о д состоит из двух катодов и находящегося между ними тонкопл╦ночного анода, на к-рып пода╦тся короткий импульс высокого напряжения. Образующиеся электроны многократно пронизывают анод и осциллируют между катодами, испаряя и ионизируя вещество анода. Нейтрализуя объ╦мный заряд ионов, можно получить ионные потоки с высокой плотностью и общим током порядка сотен кА. Иногда роль одного из катодов играет т. п. виртуальный катод. И. и. с полевым испарением. Особое значение в 80-е гг. приобретают жидко-металлические И. и., к-рыо вследствие большой нач. плотности ионного тока
Рис. 2. Схема жид неметаллического источника ионов: J и 2 ≈ жидкий металл; 3 ≈ металлич. игла; 4 ≈ жидкомсгаллич, остри╦; 5 ≈ ионы металла; в ≈ экстрактор; 7 ≈ область свечения.
позволяют формировать плотные ионные зонды ≈ "-пучка субмикронного диаметра. Эмиттером п жидкомсталлич. И. и. (рис. 2) является небольшая часть поверхности жидкого металла; смачивающего металлич. иглу п покрывающего е╦ тонким слоем. Перед эмиттером находится электрод ≈ экстрактор, создающий вблизи острия сильное ускоряющее ионы эдектрич. поле ~10Й В/см и имеющий отверстие для вывода формируемого ионного пучка. Режим полевого испарения с жидкой фазы отличается большим током эмиссии (≈10~в≈ 10~3А); существованием па поверхности ∙иглы жидко-метал.'шч. острия; действием механизма саморазогрсиа эмитирующей области (для Са, напр., до Г)()0ч-1000 "С); характерным свечением вблизи острия. К такому режиму приходят или повышением темп-ры металла вшчп. нагревом при фиксированном достаточно большом потенциале U, или увеличением U до нек-рого порогового значения, при к-ром происходит скачок ионного тока на песк. порядков величины. Одним из возможных объяснении высоких плотностей тока (^10В А/см2) является концепция остроконечного эмиттера с несбалансированным давлением на шжерхпости (т. н. гидро-динамич. змиттер, образующийся вследствие неустойчивости поверхности жпдкомсталлпч. острия). Конфигурация и положение фронта такого имиттера определяются равенством числа приходящих атомов и эмитируемых понов.
Источники многозарядных ионов. Многозарядные ионы могут образоваться как пут╦м однократных электрон-атомных столкновении, .так п в результате ряда иоследоват. столкновении. Ступенчатый механизм образовании многознрядньгх ионов более аффективен. Однако в обоих случаях для получения многозарядных попов необходимы высокие энергии электронов и высокие плотности электронных потоков. Для достижения высокой плотности ионизации необходимо как можно дольше удерживать ион в области интенсивной ионизации, для чего в источниках 'многозарядных ионов ис-
