[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2233505C2 - Gas-discharge ion source - Google Patents

Gas-discharge ion source Download PDF

Info

Publication number
RU2233505C2
RU2233505C2 RU2002122952/09A RU2002122952A RU2233505C2 RU 2233505 C2 RU2233505 C2 RU 2233505C2 RU 2002122952/09 A RU2002122952/09 A RU 2002122952/09A RU 2002122952 A RU2002122952 A RU 2002122952A RU 2233505 C2 RU2233505 C2 RU 2233505C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
cathode
ion source
ion
anode
Prior art date
Application number
RU2002122952/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002122952A (en
Inventor
С.В. Сыромуков (RU)
С.В. Сыромуков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова"
Priority to RU2002122952/09A priority Critical patent/RU2233505C2/en
Publication of RU2002122952A publication Critical patent/RU2002122952A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2233505C2 publication Critical patent/RU2233505C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering, applicable in accelerating equipment, in particular, in accelerating gas-filled tubes of neutron generators.
SUBSTANCE: the gas-discharge ion source has an anode and a non-heater cathode that is made in the form of a cylindrical winding of conducting material with a layer with a high secondary ion-electron emission ratio located on its surface, the cathode end is positioned in the gas-discharge chamber of the ion source and may be made of an aluminum band or foil.
EFFECT: enhanced efficiency of ion sources.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для получения пучков ионов и может найти применение в ускорительной технике, ускорительных газонаполненных трубках генераторов нейтронов.The invention relates to devices for producing ion beams and can find application in accelerator technology, gas-filled accelerator tubes of neutron generators.

Известен источник ионов (см., например. Физика и технология источников ионов. Под ред. Я. Брауна. М.: Мир, 1998, с. 181), в которых генерация ионов осуществляется в разряде Пеннинга с горячим катодом.A known ion source (see, for example, Physics and technology of ion sources. Edited by J. Brown. M .: Mir, 1998, p. 181), in which the generation of ions is carried out in the Penning discharge with a hot cathode.

Однако такие источники имеют сложную конструкцию и низкую надежность из-за наличия в конструкции накаливаемого элемента.However, such sources have a complex structure and low reliability due to the presence of a heated element in the structure.

За прототип выбран источник ионов (см., например, патент США №4282440, кл. H 01 J 47/06 1981, Neutron accelerator tube having improved ionization section) с разрядом Пеннинга с холодным катодом.For the prototype, an ion source was selected (see, for example, US patent No. 4282440, class H 01 J 47/06 1981, Neutron accelerator tube having improved ionization section) with a Penning discharge with a cold cathode.

Источник работает следующим образом. Газоразрядная камера источника ионов образована цилиндрическим анодом и холодным катодом, состоящим из двух расположенных соосно с анодом дисков. Диски размещены у торцов цилиндрического анода. В одном из дисков имеется отверстие для извлечения ионов. В цилиндрическом объеме, ограниченном анодом и дисками, создается магнитное поле, параллельное оси системы. Анод и катод размещены в объеме вакуумной камеры, в которую подается рабочий газ. Между анодом и катодом прикладывается напряжение, в результате чего имеющиеся в газоразрядной камере электроны ускоряются и ионизируют молекулы газа. Образовавшиеся ионы двигаются к катоду. Часть ионов выходит из источника через отверстие в катоде, а часть бомбардирует катод, выбивая из него электроны. Кроме того, при наличии на поверхности катода микронеоднородностей, электроны эмитируются с них в результате автоэлектронной эмиссии. Эффективность ионизации рабочего газа зависит от величины коэффициента вторичной ионно-электронной эмиссии и величины автоэлектронной эмиссии на поверхности катода. Коэффициент ионно-электронной эмиссии в значительной степени зависит от наличия на поверхности катода микровключений окислов металлов (см., например, Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. М.: Атомиздат, 1972).The source works as follows. The gas discharge chamber of the ion source is formed by a cylindrical anode and a cold cathode, consisting of two disks located coaxially with the anode. Disks are placed at the ends of the cylindrical anode. One of the disks has a hole for extracting ions. In a cylindrical volume bounded by the anode and disks, a magnetic field is created parallel to the axis of the system. The anode and cathode are placed in the volume of the vacuum chamber into which the working gas is supplied. A voltage is applied between the anode and cathode, as a result of which the electrons in the gas discharge chamber are accelerated and ionize the gas molecules. The formed ions move to the cathode. Part of the ions leaves the source through an opening in the cathode, and part of it bombards the cathode, knocking electrons out of it. In addition, in the presence of microinhomogeneities on the cathode surface, electrons are emitted from them as a result of field emission. The efficiency of ionization of the working gas depends on the magnitude of the coefficient of secondary ion-electron emission and the magnitude of field emission on the surface of the cathode. The coefficient of ion-electron emission largely depends on the presence of microinclusions of metal oxides on the surface of the cathode (see, for example, Gabovich MD, Physics and Technique of Plasma Ion Sources. M: Atomizdat, 1972).

На поверхности свежих катодов, как правило, имеются пленки окислов. Однако эти пленки быстро распыляются в результате ионной бомбардировки катода. Быстро распыляются и микронеоднородности, являющиеся источником автоэлектронной эмиссии.On the surface of fresh cathodes, as a rule, there are oxide films. However, these films are quickly atomized by ion bombardment of the cathode. Microinhomogeneities, which are a source of field emission, are also rapidly dispersed.

По этой причине эффективность источника быстро уменьшается и стабилизируется на уровне, соответствующем чистой, гладкой поверхности катода.For this reason, the efficiency of the source rapidly decreases and stabilizes at a level corresponding to a clean, smooth cathode surface.

Изобретение направлено на увеличение эффективности источника ионов путем создания такого катода, на рабочей поверхности которого всегда находились бы микровключения, например, окислов металлов, обеспечивающие высокий коэффициент ионно-электронной эмиссии, и микронеоднородности, обеспечивающие повышенную автоэлектронную эмиссию с катода.The invention is aimed at increasing the efficiency of the ion source by creating such a cathode, on the working surface of which there would always be microinclusions, for example, metal oxides, providing a high coefficient of ion-electron emission, and microinhomogeneities, providing increased field emission from the cathode.

Для этого в газоразрядном источнике ионов, включающем анод и неподогреваемый катод, катод выполнен в виде плотной цилиндрической намотки из проводящего материала, на поверхности которого расположен слой с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии, причем торец катода, перпендикулярный оси намотки, расположен в газоразрядной камере источника ионов, проводящий материал может представлять собой ленту из алюминиевой фольги с окисной пленкой на поверхности, или соединение тонких алюминиевых, окисленных с поверхности пластин, или набор тонких алюминиевых проволочек с окисной пленкой на поверхности, концы которых образуют торцы катода.For this, in a gas discharge ion source, including the anode and unheated cathode, the cathode is made in the form of a dense cylindrical winding of conductive material, on the surface of which there is a layer with a high secondary ion-electron emission coefficient, with the end of the cathode perpendicular to the winding axis located in the gas discharge chamber ion source, the conductive material may be an aluminum foil tape with an oxide film on the surface, or a compound of thin aluminum, oxidized from the surface of the plaz in, or set of wires with a thin aluminum oxide film on the surface, the ends of which form the ends of the cathode.

На фиг.1 изображена схема предложенного газоразрядного источника ионов; на фиг.2. представлен вид рабочей поверхности катода со стороны газоразрядной камеры.Figure 1 shows a diagram of the proposed gas discharge ion source; figure 2. presents a view of the working surface of the cathode from the gas discharge chamber.

Газоразрядный источник ионов (см. фиг.1) состоит из цилиндрической вакуумной камеры 1 из немагнитного материала. В камере 1 размещен анод 2 цилиндрической формы и неподогреваемый катод 3, состоящий из двух соединенных электрически частей, размещенных соосно с анодом у его торцов. В одной части катода имеется отверстие 4 для извлечения ионов.The gas-discharge ion source (see Fig. 1) consists of a cylindrical vacuum chamber 1 of non-magnetic material. A cylindrical anode 2 and an unheated cathode 3, consisting of two electrically connected parts placed coaxially with the anode at its ends, are placed in the chamber 1. In one part of the cathode there is a hole 4 for extracting ions.

Каждая часть катода изготовлена из тонкой окисленной с поверхности алюминиевой фольги путем плотной цилиндрической намотки, или из соединения тонких алюминиевых пластин, или из набора тонких алюминиевых проволочек, концы которых образуют торцы частей катода. Цилиндрическая вакуумная камера 1 размещена в полости цилиндрического магнита 5, создающего магнитное поле в газоразрядной камере источника ионов.Each part of the cathode is made of thin oxidized aluminum foil from the surface by tight cylindrical winding, or from a combination of thin aluminum plates, or from a set of thin aluminum wires, the ends of which form the ends of the parts of the cathode. A cylindrical vacuum chamber 1 is placed in the cavity of a cylindrical magnet 5, which creates a magnetic field in the gas discharge chamber of the ion source.

В такой конструкции на рабочей поверхности катода всегда присутствуют окислы, обеспечивающие повышенную эмиссию электронов. При этом распыление окислов до чистого алюминия, как в прототипе, невозможно. Кроме того, в результате различия в скоростях распыления чистого алюминия и окисла на рабочей поверхности появляется сильная микронеоднородность, увеличивающая автоэлектронную эмиссию. В результате наличия на рабочей поверхности катода следов окислов и микронеоднородностей при длительной эксплуатации эффективность ионизации рабочего газа будет увеличена по сравнению с прототипом.In this design, oxides are always present on the working surface of the cathode, providing increased electron emission. In this case, the spraying of oxides to pure aluminum, as in the prototype, is impossible. In addition, as a result of the difference in the sputtering rates of pure aluminum and oxide, a strong microinhomogeneity appears on the working surface, which increases field emission. As a result of the presence of traces of oxides and microinhomogeneities on the working surface of the cathode during long-term operation, the efficiency of ionization of the working gas will be increased in comparison with the prototype.

Claims (2)

1. Газоразрядный источник ионов, включающий газоразрядную камеру, анод и неподогреваемый катод, отличающийся тем, что катод выполнен из проводящей ленты или фольги, имеющей на поверхности слой с высоким коэффициентом вторичной ионно-электронной эмиссии, путем плотной цилиндрической намотки, причем торец катода расположен в газоразрядной камере источника ионов.1. A gas-discharge ion source, including a gas-discharge chamber, anode and an unheated cathode, characterized in that the cathode is made of a conductive tape or foil having a layer with a high secondary ion-electron emission layer on the surface by tight cylindrical winding, the cathode end being located in gas discharge chamber of an ion source. 2. Газоразрядный источник ионов по п.1, отличающийся тем, что проводящая лента или фольга выполнены из алюминия.2. The gas-discharge ion source according to claim 1, characterized in that the conductive tape or foil is made of aluminum.
RU2002122952/09A 2002-08-27 2002-08-27 Gas-discharge ion source RU2233505C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002122952/09A RU2233505C2 (en) 2002-08-27 2002-08-27 Gas-discharge ion source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002122952/09A RU2233505C2 (en) 2002-08-27 2002-08-27 Gas-discharge ion source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002122952A RU2002122952A (en) 2004-03-10
RU2233505C2 true RU2233505C2 (en) 2004-07-27

Family

ID=33412852

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002122952/09A RU2233505C2 (en) 2002-08-27 2002-08-27 Gas-discharge ion source

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2233505C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2002122952A (en) 2004-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2776855B2 (en) High frequency ion source
EP0164715B1 (en) Microwave ion source
WO2001078469A3 (en) Z-pinch plasma x-ray source using surface discharge preionization
SE9704607D0 (en) A method and apparatus for magnetically enhanced sputtering
Jiang et al. Mini rf-driven ion sources for focused ion beam systems
US3460745A (en) Magnetically confined electrical discharge getter ion vacuum pump having a cathode projection extending into the anode cell
Haworth et al. Improved electrostatic design for MILO cathodes
US7038389B2 (en) Magnetron plasma source
US5899666A (en) Ion drag vacuum pump
KR100307070B1 (en) High speed atomic beam supply source
JP2006511921A (en) Magnet assembly for sputter ion pump
JPS5813626B2 (en) ion shower device
US5434469A (en) Ion generator with ionization chamber constructed from or coated with material with a high coefficient of secondary emission
RU2233505C2 (en) Gas-discharge ion source
JP3147227B2 (en) Cold cathode electron gun
JPS62224686A (en) Ion source
RU76164U1 (en) DISCHARGE SOURCE OF IONS
RU76163U1 (en) DISCHARGE SOURCE OF IONS
RU2757210C1 (en) Wave plasma source of electrons
JPH0696680A (en) Metal ion source
RU2371804C1 (en) Gas-discharge ion source
JPH10275566A (en) Ion source
KR20020004934A (en) Plasma source of linear beam ions
JPH09259781A (en) Ion source device
JPH024979B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050828