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DE1179309B - High frequency ion source - Google Patents

High frequency ion source

Info

Publication number
DE1179309B
DE1179309B DEC18925A DEC0018925A DE1179309B DE 1179309 B DE1179309 B DE 1179309B DE C18925 A DEC18925 A DE C18925A DE C0018925 A DEC0018925 A DE C0018925A DE 1179309 B DE1179309 B DE 1179309B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ion source
tube
resonator
ionized
inner conductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEC18925A
Other languages
German (de)
Inventor
Siegfried Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of DE1179309B publication Critical patent/DE1179309B/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/16Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.: HOIjBoarding school Kl .: HOIj

Deutschem.: 21g-21/01 German: 21g -21/01

Nummer: 1179 309Number: 1179 309

Aktenzeichen: C18925 VIII c / 21 gFile number: C18925 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 2. Mai 1959Filing date: May 2, 1959

Auslegetag: 8. Oktober 1964Opening day: October 8, 1964

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Ionenquelle zur Erzeugung von Bündeln von ionisierten Teilchen, wie sie beispielsweise zur Weiterbehandlung in Teilchenbeschleunigern, Massenspektrometern, Anordnungen zur isotopischen Trennung usw. benutzt werden.The invention relates to a high-frequency ion source for generating bundles of ionized Particles, such as those used for further treatment in particle accelerators, mass spectrometers, Arrangements for isotopic separation, etc. can be used.

Bei den bekannten Hochfrequenz-Ionenquellen erfolgt die Ionisierung der Teilchen durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld in einer im allgemeinen aus Quarz oder Glas, insbesondere Aluminium- und Natriumborsilikatglas, bestehenden Kammer. Es sind ferner Mittel zur Erzeugung eines Hochvakuums in der Kammer, zur Anlegung einer hohen Gleichspannung an die beiden Enden der Kammer und zur Speisung eines Endes der Kammer mit dem zu ionisierenden gasförmigen Stoff vorgesehen.In the known high-frequency ion sources, the particles are ionized by an electrical one High frequency field in a generally made of quartz or glass, especially aluminum and Sodium borosilicate glass, existing chamber. There are also means for generating a high vacuum in the chamber, for applying a high DC voltage to the two ends of the chamber and to the Supplying one end of the chamber with the gaseous substance to be ionized is provided.

Es ist auch bereits bekannt, derartige Hochfrequenz-Ionenquellen als Hohlraumresonator auszubilden. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen koaxialen Hohlraumresonator mit einem ao Außenleiter und einem innerhalb desselben liegenden Hohlleiter, wobei Innenleiter und Außenleiter an einem Ende kurzgeschlossen und am anderen Ende offen sind. Bei einem solchen Hohlraumresonator ist das eigentliche Entladungsgefäß am offenen Ende desselben angeordnet. Da an der offenen Seite das elektrische Feld in dem Resonator einen optimalen Wert hat, bildet es ein besonderes Problem, Überschläge zwischen dem Innen- und Außenleiter des Hohlraumresonators zu vermeiden.Such high-frequency ion sources are also already known to be designed as a cavity resonator. This is preferably a coaxial cavity resonator with an ao Outer conductor and a waveguide lying within it, with inner conductor and outer conductor on are short-circuited at one end and open at the other end. In such a cavity resonator the actual discharge vessel is arranged at the open end of the same. Because on the open side that electric field in the resonator has an optimal value, it creates a particular problem, flashovers to avoid between the inner and outer conductor of the cavity resonator.

Bei einer bekannten Hochfrequenz-Ionenquelle ist das offene Ende des Koaxialresonators durch ein kleines Entladungsgefäß aus Glas abgeschlossen. Hierbei ist der Abstand zwischen Innen- und Außenleiter so groß gewählt, daß eine unerwünschte Entladung zwischen den benachbarten Enden der Leiter verhindert wird. Der hierdurch entstehende relativ lange Weg für die Ionisationselektronen erfordert jedoch ein zusätzliches magnetisches Feld, um die Elektronen daran zu hindern, von ihren im wesentliehen parallel zur Achse des Resonators verlaufenden Bahnen abzuweichen. Bei dieser bekannten Ionenquelle ist das zusätzliche magnetische Feld am Ende des Hohlraumresonators notwendig, um eine zufriedenstellende Ionisationsausbeute zu erzielen. In a known high-frequency ion source, the open end of the coaxial resonator is through a small glass discharge vessel closed. Here is the distance between the inner and outer conductors chosen so large that an undesired discharge between the adjacent ends of the conductors is prevented. The resulting relatively long path for the ionization electrons requires however, an additional magnetic field to prevent the electrons from essentially leaving theirs to deviate parallel to the axis of the resonator running tracks. With this well-known Ion source, the additional magnetic field at the end of the cavity resonator is necessary to to achieve a satisfactory ionization yield.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hohlraumresonator für eine Ionenquelle derart auszubilden, daß die Nachteile der bekannten Einrichtungen vermieden werden, wobei insbesondere eine erhebliche Steigerung der Konzentration des Hochfrequenzfeldes an der offenen Seite des Resonators Hochfrequenz-IonenquelleThe aim of the present invention is to design a cavity resonator for an ion source in such a way that that the disadvantages of the known devices are avoided, in particular one considerable increase in the concentration of the high-frequency field on the open side of the resonator High frequency ion source

Anmelder:Applicant:

Commissariat ä l'Energie Atomique, ParisCommissariat a l'Energie Atomique, Paris

Vertreter:Representative:

Dr. W. P. Radt und Dipl.-Ing. E. E. Finkener,Dr. W. P. Radt and Dipl.-Ing. E. E. Finkener,

Patentanwälte, Bochum, Heinrich-König-Str. 12Patent attorneys, Bochum, Heinrich-König-Str. 12th

Als Erfinder benannt:
Siegfried Klein, Paris
Named as inventor:
Siegfried Klein, Paris

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 3. Mai 1958 (764 698)France of May 3, 1958 (764 698)

angestrebt wird, um dadurch bei gleicher Leistung eine Steigerung der Ionenausbeute zu erzielen.The aim is to achieve an increase in the ion yield with the same output.

Es wird bei der Erfindung von einer Hochfrequenz-Ionenquelle ausgegangen, die aus einem Rohr aus dielektrischem Material besteht, bei der Einrichtungen zur Erzeugung eines Hochvakuums in dem Rohr, Einrichtungen zum Anlegen einer hohen Gleichspannung an die beiden Enden des Rohres, Einrichtungen zum Zuführen des zu ionisierenden gasförmigen Stoffes an einem Ende des Rohres vorgesehen sind und die einen Hohlraumresonator enthält, der aus einem Außenleiter und einem innerhalb desselben sowie koaxial zu diesem angeordneten Innenleiter aufgebaut ist, wobei die beiden Leiter an einem Ende kurzgeschlossen, dagegen am anderen Ende offen sind.In the invention, it is made up of a high-frequency ion source assumed, which consists of a tube of dielectric material, in the facilities for generating a high vacuum in the pipe, devices for applying a high DC voltage at the two ends of the tube, means for supplying the gaseous to be ionized Substance are provided at one end of the tube and which contains a cavity resonator made of an outer conductor and an inner conductor arranged inside and coaxially to it is constructed, with the two conductors short-circuited at one end, but at the other end are open.

Bei einer derartigen Hochfrequenz-Ionenquelle besteht die Erfindung darin, daß das Rohr an dem der Gaszufuhr abgewandten Ende eine Ausbauchung in Form einer abgeplatteten Zwiebel oder Knolle aufweist und die Ausbauchung am offenen Ende des Koaxial-Hohlraumresonators an dem Ort stärkster Konzentration der elektrischen Feldlinien angeordnet ist, daß der Innenleiter das Rohr an diesem anliegend von dem Ende, an dem das Gas einströmt, bis zur Ausbauchung umgibt, daß der Außenleiter durch zwei elektrisch leitende Platten abgeschlossen ist, von denen die eine an dem kurzgeschlossenen Ende des Hohlraumresonators an dem Innenleiter befestigt ist und diesen trägt und die andere an dem offenen Ende des Hohlraumresonators mit einer zentralen Öffnung für den Austritt der Ionen versehen ist und von dem Ende des Innenleiters, anIn such a high-frequency ion source, the invention is that the tube to which the Has a bulge in the form of a flattened onion or tuber end facing away from the gas supply and the bulge at the open end of the coaxial cavity resonator is strongest at the location Concentration of the electrical field lines is arranged so that the inner conductor rests against the tube from the end at which the gas flows in to the bulge that surrounds the outer conductor is terminated by two electrically conductive plates, one of which is short-circuited to the The end of the cavity resonator is attached to the inner conductor and carries this and the other the open end of the cavity resonator with a central opening for the ions to exit is provided and from the end of the inner conductor

409 690/236409 690/236

wird. Die Teile 3 und 4 sind aus einem gegen Ionenbeschuß beständigen Metall hergestellt, wie z. B. Platin, rostfreier Stahl oder Aluminium.will. Parts 3 and 4 are made of an anti-ion bombardment resistant metal made such. B. platinum, stainless steel or aluminum.

Das andere konische Ende 26 des Rohres 1 trägt 5 die Vorrichtung T zwecks Speisung mit dem zu ionisierenden Gas oder Dampf, welche in Form einer Kammer 27 ausgebildet ist, die an dem einen Ende 26 eine konische öffnung 28 und an dem anderen Ende eine hohle Elektrode 5 hat, durch welche, wieThe other conical end 26 of the tube 1 carries the device T for the purpose of supplying the gas or vapor to be ionized, which is designed in the form of a chamber 27 which has a conical opening 28 at one end 26 and a hollow electrode at the other end 5 has, by which, how

welchem die Ausbauchung liegt, einen Abstand von der Größenordnung der Dicke der Ausbauchung hat. Um eine weitere Vergrößerung der Intensität des Hochfrequenzfeldes zu erreichen, sieht die Erfindung ferner vor, daß der Hohlraumresonator mittels kapazitiver Kopplung durch die Hochfrequenzstromquelle erregt wird. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung besteht die Hochfrequenzstromquelle aus einer Oszillatorröhre mit einer Kathode, einemon which the bulge lies is spaced apart from the order of magnitude of the thickness of the bulge. In order to achieve a further increase in the intensity of the high-frequency field, the invention provides also suggest that the cavity resonator by means of capacitive coupling through the high-frequency power source is excited. According to a further feature of the invention, the high-frequency power source consists of an oscillator tube with a cathode, a

Steuergitter und einer Anode, wobei die beiden io durch den Pfeil F dargestellt, das zu ionisierende GasControl grid and an anode, the two io represented by the arrow F , the gas to be ionized

letzten Röhrenbauteile je mit einer der Belegungen eingeführt wird. In der Kammer 27 befindet sich einelast tube component is introduced with one of the assignments. In the chamber 27 there is one

von drei Kondensatoren verbunden sind, deren andere Quarzscheibe 29 zwecks Erhöhung der Durchschlags-are connected by three capacitors, the other quartz disk 29 for the purpose of increasing the breakdown

Belegungen mit dem inneren Hohlleiter verbunden spannung.Assignments associated with the inner waveguide voltage.

sind, wobei ein einziges Blatt eines Dielektrikums je- Der größte Teil des Rohres 1 steckt in einemThe largest part of the tube 1 is in one

weils zwischen den beiden Belegungen der drei Kon- 15 Koaxialleitungsresonator R, welcher aus einem dasbecause between the two assignments of the three con - 15 Koaxialleitungsresonator R, which consists of a

densatoren angeordnet ist. Das dielektrische Blatt ist Rohr umgebenden Innenleiter 7 und einem Außen-capacitors is arranged. The dielectric sheet is tube surrounding the inner conductor 7 and an outer

nach der weiteren Erfindung ein Glimmerblatt mit leiter 6 besteht. Eine bei 30 an den Außenleiter 6 an-According to the further invention, a mica sheet with a conductor 6 is made. One at 30 to the outer conductor 6

einer Dicke von etwa 0,1 mm. gelötete Metallplatte 8 schließt den Außenleiter 6a thickness of about 0.1 mm. The soldered metal plate 8 closes the outer conductor 6

Der wesentliche Vorteil der gemäß der Erfindung seitlich ab. Die Platte 8 hat eine Bohrung 31 für den angewendeten Ausbauchung des Rohres am offenen 20 Durchtritt der in der ringförmigen Erweiterung 2 erEnde des Hohlraumresonators ist darin zu sehen, zeugten Ionen, welche das Rohr 1 in Richtung des daß es hierdurch überhaupt erst möglich ist, eine Pfeiles / verlassen. Vakuumdichtungen 32 und 33 sehr große Spannungsdifferenz zwischen den beiden aus Gummi sind zwischen der Platte 8 und der ringbenachbarten Enden der Leiter des Hohlraumresona- förmigen Erweiterung 2 sowie zwischen der Platte 8 tors einzustellen. Auf diese Weise erhält man auf 25 und der Wand 25 angeordnet. In gleicher Weise wird einem eng begrenzten Raum ein außerordentlich das andere Ende des Außenleiters 6 durch eine starkes Hochfrequenzfeld, wodurch die Ionisierung Metallplatte 34 verschlossen, welche bei 30 a an den der Teilchen wesentlich begünstigt wird. Die sich Außenleiter 6 angelötet ist und in ihrer Mitte zur radial zur Längsachse des Hohlraumresonators er- Aufnahme einer Muffe 35 ausgebohrt ist, in welche streckende Ausbuchtung aus dielektrischem Material 30 die rohrförmigen Teile 1 und 7 eingesteckt sind. Die verhindert in einfacher Weise jede unerwünschte Ent- Teile 6, 7, 8, 34, 35 sind aus gut leitenden Stoffen, ladung zwischen den beiden Leitern des Resonators. wie z. B. Kupfer.The main advantage of the side according to the invention. The plate 8 has a bore 31 for the applied bulging of the tube at the open 20 passage of the end in the annular extension 2 of the cavity resonator can be seen in it, produced ions which the tube 1 in the direction of the that this makes it possible to leave an arrow /. Vacuum seals 32 and 33 very large tension difference between the two rubber are between the plate 8 and the ring adjacent Ends of the conductors of the cavity resonance-shaped extension 2 and between the plate 8 to adjust the gate. In this way one gets arranged on 25 and the wall 25. In the same way will a very limited space an extraordinarily the other end of the outer conductor 6 by a strong high-frequency field, whereby the ionization metal plate 34 closed, which at 30 a to the the particle is significantly favored. The outer conductor 6 is soldered and in its center to A sleeve 35 is bored radially to the longitudinal axis of the cavity resonator, into which a sleeve stretching bulge made of dielectric material 30, the tubular parts 1 and 7 are inserted. the prevents in a simple way any undesirable Ent- Parts 6, 7, 8, 34, 35 are made of highly conductive materials, charge between the two conductors of the resonator. such as B. Copper.

Infolge der geringen Ausdehnung der Ionisierungs- Bei P dargestellte Pumpeinrichtungen stehen mitAs a result of the small extent of the ionization pump devices shown at P are with

zone wird die Anwendung eines zusätzlichen Magnet- dem Raum 50 und über die öffnungen 4 a des Teils 4zone is the use of an additional magnet - the space 50 and over the openings 4 a of the part 4

feldes überflüssig, da ein Abweichen der Teilchen 35 mit dem Entladungsgefäß 1 in Verbindung und haltenfield superfluous, since a deviation of the particles 35 with the discharge vessel 1 in connection and hold

auf der kurzen Wegstrecke praktisch nicht eintritt. ein Vakuum in der Größenordnung von 10~3 bispractically does not occur on the short distance. a vacuum of the order of 10 -3 to

Die Hochfrequenz-Ionenquelle gemäß der Erfin- 10~4 mm Hg in dem Teil des Entladungsgefäßes 1The high-frequency ion source according to the invention is 10 ~ 4 mm Hg in the part of the discharge vessel 1

dung eignet sich besonders zur Ionisierung von aufrecht, in dem die Ionisierung stattfindet. Der elek-dung is particularly suitable for the ionization of upright, in which the ionization takes place. The elec-

Gasen, z. B. Wasserstoff, Deuterium, Helium, Stick- irische Teil der Ionenquelle wird an Hand der F i g. 2Gases, e.g. B. hydrogen, deuterium, helium, nitrogen Irish part of the ion source is shown on the basis of FIG. 2

stoff, oder Dämpfen, z. B. Leichtmetallen, wie Litium 40 erläutert.fabric, or steaming, e.g. B. light metals, such as lithium 40 explained.

und Natrium. Sie ist vorzugsweise zur Erzeugung Der Hochfrequenzgenerator hat eine Oszillatorvon Bündeln von ionisierten Teilchen für die Spei- röhre 9, die gemäß einer Dreipunktschaltung geschalsung eines Teilchenbeschleunigers mit hoher Ionen- tet ist. Sie arbeitet bei einer Frequenz in der Größenausbeute (in der Größenordnung von etwa 10 mA Ordnung von 150 MHz und liefert eine Leistung von bei einer Hochfrequenzleistung von etwa 75 W) be- 45 etwa 75 bis 100 W. Die Oszillatorröhre 9 kann z. B. stimmt. eine Tetrode sein, deren Anode 11 aus der Leitungand sodium. It is preferably used to generate the high frequency generator has an oscillator of Bundling of ionized particles for the storage tube 9, the formwork according to a three-point circuit a particle accelerator with high ion tet is. It works at one frequency in size yield (on the order of about 10 mA order of 150 MHz and delivers a power of at a high frequency power of about 75 W) loading 45 about 75 to 100 W. The oscillator tube 9 can, for. B. it's correct. be a tetrode, the anode 11 of which is out of the line

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an 10 mit der Anodenspannung +HT1 gespeist wird,Further details of the invention are fed to 10 with the anode voltage + HT 1 ,

Hand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele deren Schirmgitter 14 durch die Leitung 13 mit derHand drawing illustrated embodiments whose screen grid 14 through the line 13 with the

erläutert. Schirmgitterspannung +HT., gespeist wird, derenexplained. Screen grid voltage + HT., Is fed, whose

F i g. 1 ist eine Schnittansicht einer bevorzugten 50 Kathode 38 durch die Drähte 39 mit HeizspannungF i g. 1 is a cross-sectional view of a preferred cathode 38 through the filament wires 39

Ausführungsform einer Ionenquelle gemäß der Er- versorgt wird, und die Leitung 19, die mit der einen findung ohne die Einrichtungen zur elektrischen Speisung derselben;Embodiment of an ion source according to which Er is supplied, and the line 19, which is connected to the one finding without the devices for the electrical supply of the same;

F i g. 2 zeigt die elektrische Speisung der Ionenquelle nach Fig. 1;F i g. 2 shows the electrical supply to the ion source according to FIG. 1;

F i g. 3 zeigt schematisch den Hohlraumresonator und die Art seiner Erregung;F i g. 3 shows schematically the cavity resonator and the manner in which it is excited;

F i g. 4 zeigt das Ersatzschaltbild für den Hohlraumresonator. F i g. 4 shows the equivalent circuit diagram for the cavity resonator.

Die in F i g. 1 dargestellte Ionenquelle hat ein 60 seits über einen Widerstand 17 von einigen tausend rohrförmiges Entladungsgefäß 1, welches im allge- Ohm und den Stab 44 mit dem Kondensator 18 vermeinen aus Glas oder aus Quarz besteht und dessen bunden, welcher durch den Leiter 44 a mit der Leieines Ende 24 eine ringförmige Erweiterung 2 auf- tung 19 verbunden ist, d. h. hochfrequenzmäßig mit weist, welche z. B. ein Volumen in der Größen- der Kathode der Oszillatorröhre. Schließlich wird die Ordnung von einem Kubikzentimeter hat. Das Ende 65 Anodenspannung durch den Stab 37 an den Konden-24 des Rohres stützt sich an einem Ring 3 ab, wel- sator 12 angelegt.The in F i g. 1 shown ion source has a 60 hand over a resistance 17 of a few thousand tubular discharge vessel 1, which in general ohms and the rod 44 with the capacitor 18 mean consists of glass or quartz and its bound, which through the conductor 44 a with the Leieines At the end 24 an annular enlargement 2 is connected to 19, d. H. high frequency with shows which z. B. a volume in the size of the cathode of the oscillator tube. Eventually the Order of one cubic centimeter. The end 65 anode voltage through the rod 37 to the condensers 24 of the tube is supported on a ring 3, which wel- sator 12 is applied.

eher von einem in einer Vertiefung 25 α einer leiten- Diese drei Kondensatoren 12, 16, 18 dienen zumrather of a lead in a recess 25 α These three capacitors 12, 16, 18 are used for

den Wand 25 gehaltenen konischen Teil 4 getragen Abblocken der verschiedenen an den Elektroden derthe wall 25 held the conical part 4 supported blocking the various on the electrodes of the

Heizleitung 39 verbunden ist, an dem negativen Pol —HT der Anodenspannungen liegt. Drosselspulen 40 verhindern den Rückfluß der durch die Röhre 9 er-55 zeugten Hochfrequenzströme, während Kondensatoren 41, 42 den unmittelbaren Übertritt des Gleichstroms in die Leitung 19 verhindern. Das Steuergitter 15 der Röhre 9 ist einerseits unmittelbar durch den Stab 43 mit dem Kondensator 16 und anderer-Heating line 39 is connected to the negative pole - HT of the anode voltages. Choke coils 40 prevent the high-frequency currents generated by the tube 9 from flowing back, while capacitors 41, 42 prevent the direct current from flowing directly into the line 19. The control grid 15 of the tube 9 is on the one hand directly through the rod 43 with the capacitor 16 and on the other hand

Claims (1)

5 65 6 Oszillatorröhre liegenden Gleichspannungen. Das Patentansprüche:Oscillator tube lying DC voltages. The patent claims: Dielektrikum zwischen den Belegungen dieser Kon-Dielectric between the assignments of this con densatoren ist ein einziges Glimmerblatt 36 für alle 1. Hochfrequenz-Ionenquelle, bestehend auscapacitors is a single mica sheet 36 for all 1st high-frequency ion source, consisting of drei Kondensatoren mit einer Dicke von etwa einem Rohr aus einem dielektrischen Material,three capacitors with a thickness of about a tube made of a dielectric material, 0,1 mm. 5 Einrichtungen zur Erzeugung eines Hochvakuums0.1 mm. 5 devices for generating a high vacuum Mit Hilfe der Cu-Stäbe 20, 21, 22, die mit dem in dem Rohr, Einrichtungen zum Anlegen einerWith the help of the Cu rods 20, 21, 22, which with the in the tube, facilities for creating a Innenleiter 7 und den Belegungen der Kondensatoren hohen Gleichspannung an die beiden Enden desInner conductor 7 and the assignments of the capacitors high DC voltage to the two ends of the 12, 16, 18 verbunden sind, wird die Hochfrequenz- Rohres, Einrichtungen zum Zuführen von einem12, 16, 18 are connected, the high-frequency tube, means for feeding one spannung auf den Koaxialleitungsresonator über- zu ionisierenden gasförmigen Stoff an das einevoltage on the coaxial line resonator over- to ionized gaseous substance to the one tragen. Die Abschirmung 23 des HF-Generators io Ende des Rohres und aus einem Hohlraumreso-wear. The shield 23 of the HF generator io the end of the tube and made of a cavity resonator kann geerdet werden. nator, der aus einem Außenleiter und einemcan be grounded. nator, which consists of an outer conductor and a Zum Absaugen der Ionen wird zwischen der Elek- innerhalb desselben und koaxial zu diesem ange-In order to suck off the ions, connection is made between the electrode inside it and coaxially to it. trode 5 (positiver Pol +HT0) und der Platte 8 (nega- ordneten Innenleiter aufgebaut ist und bei demtrode 5 (positive pole + HT 0 ) and the plate 8 (nega- tive inner conductor is built up and where tiver Pol -HT0) eine hohe Gleichspannung angelegt. diese beiden Leiter an einem Ende kurzgeschlos-tiver pole -HT 0 ) a high DC voltage is applied. these two conductors short-circuited at one end Die Schaltelemente und Spannungen der Fig. 2 15 sen und am anderen Ende offen sind, dadurchThe switching elements and voltages of Fig. 2 15 sen and are open at the other end, thereby können folgende Werte haben: gekennzeichnet, daß das Rohr(l) an demcan have the following values: marked that the pipe (l) on the der Gaszufuhr abgewandten Ende (24) eine Aus-the end (24) facing away from the gas supply has an outlet 1 + /UU V bauchung (2) in Form einer abgeplatteten Zwie-1 + / UU V bulge (2) in the form of a flattened branch 2 +1500 V bei oder Knolle aufweist und diese Ausbauchung 2 +1500 V at or tuber and this bulge -HT OV ao am offenen Ende des Koaxial-Hohlraumresona- -HT OV ao at the open end of the coaxial cavity resonance- 41 ι 500 pF tors an dem Ort stärkster Konzentration der elek-41 ι 500 pF tors at the m o rt strongest concentration of elec- 42 6 οπή op irischen Feldlinien angeordnet ist, daß der Innen-42 6 οπή o p Irish field lines is arranged that the interior _ . _- ^.TT leiter (7) das Rohr (1) an diesem anliegend von_. _- ^. TT head (7) the pipe (1) adjacent to this from Freclueilz 150 MHz dem Ende, an dem das Gas einströmt, bis zur Frec l ueilz 150 MHz from the end where the gas flows in to 17 20 000 Ohm 25 Ausbauchung umgibt, daß der Außenleiter (6)17 20 000 Ohm 25 bulge surrounds that the outer conductor (6) +HT0 +20 000 V durch zwei elektrisch leitende Platten (8, 34) ab- + HT 0 +20 000 V through two electrically conductive plates (8, 34) -HT +15 000 V geschlossen ist, von denen die eine an dem kurz-0 geschlossenen Ende des Hohlraumresonators an Der in der vorher beschriebenen Weise zu Schwin- dem Innenleiter befestigt ist und diesen trägt und gungen angeregte Koaxialleitungsresonator zeigt 30 die andere an dem offenen Ende des Hohlraumeinen Feldlinienverlauf 46, wie er in F i g. 3 darge- resonators mit einer zentralen öffnung für den stellt ist. In dem Gebiet S zwischen dem freien Ende Austritt der Ionen versehen ist und von dem des Innenleiters 45 und der gegenüberliegenden Wand Ende (45) des Innenleiters, an welchem die Ausdes Außenleiters hat die elektrische Feldstärke ein bauchung (2) liegt, einen Abstand (d) von der Maximum. An dieser Stelle ist auch die Kapazität 35 Größenordnung der Dicke (e) der Ausbauchung des Koaxialleitungsresonators konzentriert, während hat. -HT +15,000 V is closed, one of which is closed at the short end of the 0 cavity resonator in the manner previously described to vibrations the inner conductor is attached to the these and transmits and conditions excited Koaxialleitungsresonator 30 shows the other at the open At the end of the cavity, a field line course 46, as shown in FIG. 3 is a resonator with a central opening for the is. In the area S between the free end exit of the ions is provided and from which of the inner conductor 45 and the opposite wall end (45) of the inner conductor, on which the outer conductor has the electrical field strength indentation (2) lies, a distance (i.e. ) from the maximum. At this point the capacitance is also concentrated while having the order of magnitude of the thickness (e) of the bulge of the coaxial line resonator. sich die Induktivität auf die gesamten übrigen Teile 2. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gedes Koaxialleitungsresonators verteilt. kennzeichnet, daß der Hohlraumresonator (R) F i g. 4 zeigt das Ersatzschaltbild für den Koaxial- mittels kapazitiver Kopplung durch die Hochleitungsresonator, der als eine Parallelschaltung einer 40 frequenzstromquelle (9) erregt wird. Induktivität L mit einer Kapazität C, die am Ort S 3. Ionenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekonzentriert ist, dargestellt werden kann. G ist der kennzeichnet, daß die Hochfrequenzstromquelle HF-Generator zur Erregung dieses Parallelresonanz- (9) aus einer Oszillatorröhre mit einer Kathode kreises. Diese Ionenquelle arbeitet folgendermaßen: (38), einem Steuergitter (15) und einer Anode Das zu ionisierende Gas oder der zu ionisierende 45 (11) besteht, welche beiden letzten Röhrenbau-Dampf kommt durch die Elektrode 5 in das Ent- teil mit je einer der Belegungen von drei Kondenladungsgefäß und wird im wesentlichen in der ring- satoren (12,16,18) verbunden sind, deren andere förmigen Erweiterung 2, die sich am Ort der größten Belegungen mit dem inneren Hohlleiter (7) verFeldstärke S befindet, ionisiert. Der Ionisierungsgrad bunden sind, wobei ein einziges Blatt eines Dibeträgt wenigstens 70 °/o. Das ionisierte Gas wird nun 50 elektrikums (36) jeweils zwischen den beiden mit Hilfe der Absaugspannung und von Fokussie- Belegungen der drei Kondensatoren angeordrungselektroden in bekannter Weise als Strahl / aus net ist.the inductance is distributed over the entire remaining parts 2. Ion source according to claim 1, thereby gedes Koaxialleitungsresonators distributed. indicates that the cavity resonator (R) F i g. 4 shows the equivalent circuit diagram for the coaxial by means of capacitive coupling through the high-power resonator, which is excited as a parallel circuit of a frequency current source (9). Inductance L with a capacitance C, which is concentrated at the location S 3. Ion source according to claim 2, can be represented. G indicates that the high-frequency power source HF generator for exciting this parallel resonance (9) from an oscillator tube with a cathode circle. This ion source works as follows: (38), a control grid (15) and an anode The gas to be ionized or the 45 to be ionized (11) consists of the last two tubular construction steam coming through the electrode 5 into the part with one each the coverings of three condensation charge vessel and is essentially connected in the ring sators (12,16,18) whose other shaped extension 2, which is located at the location of the largest coverages with the inner waveguide (7) verField strength S, is ionized. The degree of ionization is bound, with a single sheet of a di being at least 70%. The ionized gas is now 50 electrics (36) in each case between the two with the help of the suction voltage and focusing electrodes of the three capacitors arranged in a known manner as a beam / from net. der Ionenquelle herausgebracht. 4. Ionenquelle nach Anspruch 3, dadurch ge-brought out of the ion source. 4. ion source according to claim 3, characterized in that Der hohe Ionisierungsgrad des Gases oder Dampfes kennzeichnet, daß das dielektrische Blatt einThe high degree of ionization of the gas or vapor characterizes that the dielectric sheet is a am Ort der ringförmigen Erweiterung 2 wird erreicht 55 Glimmerblatt mit einer Dicke von etwa 0,1 mm ist.at the location of the annular extension 2 is reached 55 mica sheet with a thickness of about 0.1 mm. durch die Konzentration der Kraftlinien des elek- by concentrating the lines of force of the elec- trischen Feldes in dem Gebiets und infolge der geringen Verluste eines Hohlraumresonators bei In Betracht gezogene Druckschriften: Höchstfrequenzen im Vergleich zu den Schwing- »Helv. Phys. Acta«, Bd. 30, 1957, H. 4, S. 292 kreisen mit konzentrierten Schaltelementen. Die Ein- 60 bis 296;tric field in the area and due to the low Losses of a cavity resonator with considered publications: Maximum frequencies compared to the vibrating »Helv. Phys. Acta ", Vol. 30, 1957, H. 4, p. 292 circles with concentrated switching elements. The A 60 to 296; leitung der Ionisierung kann ebenfalls leicht erfolgen, »The Rev. of Scient. Instr.«, Vol. 19, 1948, Nr. 12,Conducting the ionization can also be done easily, "The Rev. of Scient. Instr. «, Vol. 19, 1948, No. 12, da infolge der geringen Verluste eine starke Span- S. 905 bis 910;because of the low losses, there is a strong span p. 905 to 910; nungsüberhöhung auftritt. Ein weiterer sehr wesent- M. v. Ardenne, »Tabellen der Elektronenphysik, licher Vorteil dieser Ionenquelle besteht darin, daß Ionenphysik und Ubermikroskopie«, Bd. I, 1956, die Ionisierungszone^ der Absaugzone benachbart ist. 65 Berlin, S. 538, H. III.excessive elevation occurs. Another very essential M. v. Ardenne, »Tables of Electron Physics, The real advantage of this ion source is that Ion Physics and Ubermicroscopy ", Vol. I, 1956, the ionization zone ^ is adjacent to the suction zone. 65 Berlin, p. 538, H. III. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 409 690/236 9.64 © Bundesdruckerei Berlin409 690/236 9.64 © Bundesdruckerei Berlin
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