Газоразрядный источник ионов

Авторы патента:

H01J17 - Газонаполненные разрядные приборы с твердыми катодами (H01J 25/00,H01J 27/00,H01J 31/00-H01J 41/00 имеют преимущество; разрядные осветительные лампы, наполненные газом или парами H01J 61/00; газонаполненные искровые разрядники H01T; преобразователи Маркса H02M 7/26; приборы для получения разностей потенциалов с помощью зарядов, переносимых потоком газа, H02N)

Полезная модель относится к устройствам для получения пучков ионов и может найти применение в ускорительной технике, ускорительных газонаполненных трубках генераторов нейтронов.

Техническим результатом полезной модели является увеличение концентрации разряда у оси источника ионов, увеличение концентрации ионов в области отверстия, через которое вытягиваются ионы, увеличение эффективности источника ионов.

Технический результат достигается тем, что в газоразрядном источнике ионов, катод и антикатод выполнены в виде цилиндров, в которых аксиально оси источника на поверхностях, обращенных к оси, выполнены проточки, в проточках установлены шайбы из алюминиевой фольги, покрытой окисной пленкой.

Известен источник ионов, содержащий полый катод с выходным отверстием и перфорированной противоположной стенкой, кольцевой анод, магнитную систему, ускоряющий электрод, диск и герметизированную полость, образованную диском и стенкой полого катода с торцевым зазором, выходящим в сторону оси симметрии, тепловой затвор, через который к стержню основанием прикреплен конус из материала с высоким коэффициентом вторичной эмиссии. Авторское свидетельство СССР, МПК: Н01J 27/04, 1996 г.

Известен газоразрядный источник ионов, включающий газоразрядную камеру, анод и неподогреваемый катод, в котором катод выполнен из проводящей ленты или фольги, имеющей на поверхности слой с высоким коэффициентом вторичной ионноэлектронной эмиссии, путем плотной цилиндрической намотки, причем торец катода расположен в газоразрядной камере источника ионов. Проводящая лента или фольга выполнены из алюминия. Патент Российской Федерации №2233505, МПК: H01J17/06, 2004. Прототип.

Недостатком прототипа является отсутствие концентрации разряда по оси источника ионов. Несмотря на высокую вторичную ионно-электронную эмиссию с торцов катода и антикатода этого источника, концентрация ионов в области отверстия для извлечения ионов оказывается относительно небольшой из-за низкой концентрации разряда по оси источника.

Данная полезная модель устраняет недостатки аналога и прототипа.

Технический результат достигается тем, что в газоразрядном источнике ионов, содержащем газоразрядную камеру, анод, антикатод, катод с отверстием для извлечения ионов, катод и антикатод выполнены в виде цилиндров, в которых аксиально оси источника на поверхностях, обращенных к оси, выполнены проточки, в проточках установлены шайбы из алюминиевой фольги, покрытой окисной пленкой.

Сущность полезной модели поясняется на фиг.1-2.

На фиг.1 схематично представлен продольный разрез газоразрядного источника ионов, где: 1 - герметичный корпус, 2 - анод, 3 - катод, 4 -отверстие в катоде, 5 - антикатод, 6 - центральные цилиндрические проточки, 7 - шайбы из тонкой проводящей фольги покрытой тонким слоем вещества с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии, в частности, шайбы из окисленной с поверхности алюминиевой фольги, 8 - продольное магнитное поле, 9 - магнит, 10 - ионы. На фиг.2 представлена шайба.

В проточках 6 катода 3 и антикатода 5 аксиально оси источника размещены шайбы 7 из проводящей фольги покрытой слоем вещества с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии, например шайбы из окисленной с поверхности алюминиевой фольги.

Источник работает следующим образом. Между анодом 2 и катодом 3 и антикатодом 5 источника прикладывают напряжение, в результате чего имеющиеся в газоразрядной камере электроны ускоряются и ионизируют молекулы газа. Образовавшиеся ионы двигаются к катоду 3 и к антикатоду 5. Для увеличения длины пробега электронов в газоразрядной камере с помощью магнита 9 создано продольное магнитное поле 8. Часть ионов 10 выходит из источника через отверстие 4 в катоде 3, а часть бомбардирует катод 3 и антикатод 5, выбивая из них электроны. В катоде 3 и антикатоде 5 выполнены аксиальные цилиндрические проточки 6, обеспечивающие стягивание разряда к оси источника. Эффективность ионизации рабочего газа зависит от величины коэффициента вторичной ионно-электронной эмиссии и величины

автоэлектронной эмиссии на внутренних поверхностях цилиндрических проточек 6. Коэффициент ионно-электронной эмиссии в значительной степени зависит, от наличия на поверхности катода 3 пленок с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии, например пленок окислов металлов. При наличии на поверхности катода 3 микронеоднородностей, электроны эмитируются с них в результате автоэлектронной эмиссии. На поверхности свежих катодов 3, как правило, имеются пленки окислов. Однако эти пленки быстро распыляются в результате ионной бомбардировки катода 3. Распыляются и микронеоднородности, являющиеся источником автоэлектронной эмиссии. По этой причине эффективность источника уменьшается и стабилизируется на уровне, соответствующем чистой, гладкой поверхности катода 3. Полезная модель направлена на увеличение эффективности источника ионов путем создания катода 3 и антикатода 5, на боковых рабочих поверхностях аксиальных проточек которых всегда находились бы микровключения, например, окислов металлов, обеспечивающие высокий коэффициент ионно-электронной эмиссии, и микронеоднородности, обеспечивающие повышенную автоэлектронную эмиссию с катода. Для этого в проточках 6 катода 3 и антикатода 5 аксиально оси источника размещены шайбы 7 из тонкой проводящей фольги покрытой тонким слоем вещества с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии. Шайбы 7 могут быть выполнены и из тонкой алюминиевой фольги на поверхности, которой всегда имеется пленка окисла.

В такой конструкции на рабочих поверхностях проточек 6 катода 3 и антикатода 5 всегда присутствуют окислы, обеспечивающие повышенную эмиссию электронов. При этом распыление окислов до чистого алюминия невозможно. Кроме того, в результате различия в скоростях распыления чистого алюминия и окисла на рабочей поверхности появляются микронеоднородности, увеличивающие автоэлектронную эмиссию.

В результате наличия на рабочих поверхностях следов окислов и микронеоднородностей, при длительной эксплуатации, эффективность ионизации рабочего газа не уменьшается.

Газоразрядный источник ионов, содержащий газоразрядную камеру, анод, антикатод, катод с отверстием для извлечения ионов, отличающийся тем, что катод и антикатод выполнены в виде цилиндров, в которых аксиально оси источника на поверхностях, обращенных к оси, выполнены проточки, в проточках установлены шайбы из алюминиевой фольги, покрытой окисной пленкой.