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

SU1011032A1 - Ion accelerating tube - Google Patents

Ion accelerating tube Download PDF

Info

Publication number
SU1011032A1
SU1011032A1 SU813270497A SU3270497A SU1011032A1 SU 1011032 A1 SU1011032 A1 SU 1011032A1 SU 813270497 A SU813270497 A SU 813270497A SU 3270497 A SU3270497 A SU 3270497A SU 1011032 A1 SU1011032 A1 SU 1011032A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
ion
tube
radiation
magnet
accelerated
Prior art date
Application number
SU813270497A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Б.А. Дьячков
Original Assignee
Институт физики твердого тела АН СССР
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 Институт физики твердого тела АН СССР filed Critical Институт физики твердого тела АН СССР
Priority to SU813270497A priority Critical patent/SU1011032A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1011032A1 publication Critical patent/SU1011032A1/en

Links

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

1.ИОННАЯ УСКОРИТЕЛЬНАЯ ТРУБКА , содержаща  эквипотенциальные перегородки с диафрагмами на ионнооптической оси ускорительной трубки, на которых укреплены магниты с зазорами дл  ионопровода, отличающа с  тем, что, с целью увеличени  интенсивности ускоренного потока, каждый магнит выполнен многозазорным с чередующейс  пол рностью полюсных наконечников и заключен в электропровод щий экран с отверсти ми дл  размещени  ионопровода, в средней части которого установлена дополнительна  диафрагма. 2.Трубка поп,1, отличающа с  тем, что, с целью повышени  радиационной безопасности ее, х i ионопровод снабжен экраном из радиа- ционно-защитного материала. (Л САд to1. ION ACCELERATING TUBE, containing equipotential baffles with diaphragms on the ion-optical axis of the accelerator tube, on which magnets with gaps for the ion guide are attached, characterized in that, in order to increase the intensity of the accelerated flow, each magnet is made multi-gap with alternating polar poles and enclosed in an electrically conductive shield with holes for accommodating the ion guide, in the middle part of which an additional diaphragm is mounted. 2. A tube of pop, 1, characterized in that, in order to increase its radiation safety, the x i ion line is provided with a shield of radiation protective material. (L garden to

Description

Изобретение относитс  к технике получени  ускоренных ионных пучков в вакууме, и может быть использовано в ускорительной технике, электрон ной технике, физике твердого тела. Известна ионна  ускорительна  трубка, содержаща  концентрические, плоские электроды из магнитного материала , намагниченные в направлении перпендикул рном плоскости электрода , В указанной трубке за счет дейст ви  магнитных полей в приэлектродной области уменьшаетс  электронна  нагрузка в трубке, увеличиваетс  ее и электропрочность и, как следствие, увеличиваетс  интенсивность потока ускоренньпс ионов и уменьшаетс  радиа ционна  опасность трубки. Недостатком указанной ускорительной трубки  вл етс  то, что электроны , образовавшиес  в результате иони зации остаточного газа ионным пучком или обдирки отрицательных ионов, при ускорении в трубке отрицательных ИОНОВ;могут быть ускорены до значительной энергии, определ емой электрическим потенциалом в месте их рож цени , т.е. вплоть до максимальной энергии ионов. Интенсивность образеванного таким образом электронного п тока определ етс  длиной трубки, дав лением и составом газа в ней, энергией , массой и зар дом ускор емых ионов. В ускорител х ионОв т желых элементов, например, дл  ионной им-, плантации в услови х промышленного производства полупроводниковых прибо ров требуемые интенсивности ионных:потоков могут достигать дес тков мил лиампер, а ускор ющие напр жени  1-2 МБ, При неблагопри тныхуслови х (давление, сорт ускор емых ионов) электронна  нагрузка в трубке может быть сравнима с токоМ ускоренных ионов. При этом необходимо иметь вви ду, что некотора  часть ускоренного потока электронов будет высаживатьс  на электродах, что может уменьшить электрическую прочность трубки и делает невозможным локализацию высокой проникающей способности. Известна ионна  ускорительна  трубка , содержаща  закрепленные на электродах посто нные магниты с ПОЛЮСНЫми наконечниками, создающие поперечное к ионно-оптической оси магнитное поле чередующегос  направлени  и рас пределенные внутри трубки вдоль оси с шагом в несколько сот киловольт. В указанной трубке магнитное поле посто нных магнитов достаточно дл  отклонени  ускоренных электронов на электроды трубки и лишь незначительно отклон ет ионы. Поскольку направление магнитных потоков измен етс  вдоль оси трубки, то ионы при своем движении в трубке совершают колебани  в плоскости, перпендикул рной направлению ионно-оптической оси, с амплитудой в несколько миллиметров и длиной волны, равной рассто нию между магнитами, с одинаковым направлением магнитного пол  Недостатки ускорительной трубки заключаютс  в том, что 1) отклонение ускоренных электронов на электроды трубки приводит к снижению ее электропрочности и существенно ограничивает величину ускор емого тока ионов; 2) весьма больша  максимальна  энерги  электронов, определ ема  максимальной разностью потенциалов между ближайшими магнитами однонаправленного действи , увеличивает ее радиационную опасность; З) невысока  газова  проводимость трубки, определ ема  ее длиной и размером отверсти  в кольцевом магните, затрудн ет откачку трубки; 4) ограничение на величину магнитного пол , обусловленное допустимым отклонением ионного пучка, делает невозможным локализацию рентгеновского излучени  и установки местной радиационной защиты. Наиболее близкой к изобретению  вл етс  ионна  ускорительна  трубка, содержаща  эквипотенциальные перегородки , имеющие газовую проводимость, например жалюзийные, с отверсти ми на ионно-оптической оси, в которых укреплены магниты с зазорами Дл  пропускани  пучка. Недостатки этой трубки аналогичны указанным выше, кроме п.3, поскольку принципиальных ограничений на г аз о-., вую проводимость в нем нет. К недостатку следует также отнести наличие диафрагмы,  вл ющейс  источником вторичных электронов (вторична  ионноэлектронна  эмисси  с краев диафрагмы ), число которых возрастает с увеличением ускор емого тока ионов. Таким , образом, диафрагма ограничивает величину ускоренного тока ионов, а радиационна  опасность при эксплуатации трубки, вызванна  бомбардиров310The invention relates to a technique for producing accelerated ion beams in a vacuum, and can be used in accelerator technology, electronic engineering, and solid state physics. A known ion accelerator tube containing concentric, flat electrodes made of magnetic material, magnetized in the direction perpendicular to the plane of the electrode. In this tube due to the effect of magnetic fields in the near-electrode region, the electron load in the tube increases, and its electrical strength increases and, as a result, increases the flow rate is accelerated by ions and the radiation hazard of the tube is reduced. The disadvantage of this accelerator tube is that electrons produced as a result of ionizing the residual gas with an ion beam or stripping negative ions when accelerating negative IONS in the tube can be accelerated to significant energy determined by the electric potential at the place of their origin, t . up to the maximum ion energy. The intensity of the electron current generated in this way is determined by the tube length, the pressure and composition of the gas in it, the energy, the mass, and the charge of the accelerated ions. In accelerators of ionic elements, for example, for ionic immobilization, in industrial semiconductor devices, the required intensities of ionic: fluxes can reach tens of milliamperes, and accelerating voltages 1-2 MB, under unfavorable conditions (pressure, type of accelerated ions) the electron load in the tube can be comparable with the current of accelerated ions. In this case, it is necessary to see that some of the accelerated electron flux will be planted on the electrodes, which can reduce the electrical strength of the tube and makes it impossible to localize high penetrating power. The known ion accelerator tube contains permanent magnets attached to the electrodes with POLAR tips that create an alternating direction transverse to the ion-optical axis and distributed inside the tube along an axis of several hundred kilovolts. In this tube, the magnetic field of the permanent magnets is sufficient to deflect the accelerated electrons to the electrodes of the tube and only slightly deflects the ions. Since the direction of the magnetic flux changes along the tube axis, the ions, when moving in the tube, oscillate in a plane perpendicular to the direction of the ion-optical axis, with an amplitude of several millimeters and a wavelength equal to the distance between the magnets. The disadvantages of the accelerator tube are that: 1) the deviation of the accelerated electrons to the electrodes of the tube leads to a decrease in its electrical strength and significantly limits the magnitude of the accelerated current of ions; 2) the very large maximum electron energy, determined by the maximum potential difference between the nearest unidirectional magnets, increases its radiation hazard; 3) The low gas conductivity of the tube, determined by its length and the size of the hole in the ring magnet, makes it difficult to pump the tube out; 4) the restriction on the magnitude of the magnetic field, due to the permissible deviation of the ion beam, makes it impossible to localize the x-rays and install the local radiation protection. Closest to the invention is an ion accelerator tube containing equipotential baffles having gas conductivity, such as louvre, with holes in the ion-optical axis, in which magnets with gaps are strengthened. The drawbacks of this tube are similar to those indicated above, except for item 3, since there are no fundamental limitations on gas, it has no new conductivity. The disadvantage is also the presence of a diaphragm, which is a source of secondary electrons (secondary ion-electron emission from the edges of the diaphragm), the number of which increases with increasing accelerated ion current. Thus, the diaphragm limits the magnitude of the accelerated current of the ions, and the radiation hazard during the operation of the tube, caused by bombers310

кой ее электродов электронами (рентгеновское излучение), оказываетс  значительной.Its electrode electrodes (x-rays) are significant.

Целью изобретени   вл етс  увеличение интенсивности ускоренного потока и повышение радиационной безопасности трубки.The aim of the invention is to increase the intensity of the accelerated flow and increase the radiation safety of the tube.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в ионной ускорительной трубке, содержащей эквипотенциальные перегородки с диафрагмами на йонно-оптической оси ускорительной трубки, на которых укреплены магниты с зазорами дл  ионопровода, каждый магнит выполнен многозазорным с чередующейс  пол рностью полюсных наконечников и заключен в электропровод щий экран с отверсти ми дл  размещени  ионопровода , в средней части которого установлена диафрагма.The goal is achieved by the fact that in an ion accelerator tube containing equipotential partitions with diaphragms on the ion-optical axis of the accelerator tube, on which magnets with gaps for the ion guide are fixed, each magnet is made multi-gap with alternating polarity of pole tips and enclosed in an electrically conductive shield openings for placement of the ion guide, in the middle part of which a diaphragm is mounted.

Кроме того, ионопровод снабжен экраном из радиационно-защитного материала .In addition, the ion guide is equipped with a screen of radiation-shielding material.

При этом напр женность магнитного пол  в зазорах магнита значительно выше, чем в прототипе и может дости ( гать дес тых долей тесла,что в дес тки раз больше, чем в прототипе.At the same time, the magnetic field strength in the gaps of the magnet is much higher than in the prototype and can reach (tenths of tesla, which is ten times more than in the prototype.

На фиг,1 изображен многозазорный магнит; на фиГ.2 - смещение траектории иона на участке расположени  магнита; на фиг.З и 4 - ускорительные трубки, варианты выполнени .Fig, 1 shows a multi-gap magnet; Figure 2 shows the displacement of the ion trajectory at the site of the magnet; Figs. 3 and 4 show accelerator tubes, embodiments.

Трехзазорный, шестиполюсный магнит 1 состоит из двух симметричных Ш-образных элементов, каждый из которых имеет по три полюсных наконечника чередующейс  пол рности, причем полюсные наконечники, образующие зазор имеют разную пол рность. Магнит 1 заключен в экран 2 из электропровод щего материала с окнами дл  входа .И выхода пучка 0. и Ojj, между которыми расположен ионопровод 3, в центральной части которого помещена диафрагма 4, Ионопровод 3 окружен дополнительным экраном 5 из радиационнозащитного материала. Резьбовое коль цо 6 служит дл  креплени  магнита с сопутствующими элементами на эквипотенциальных перегородках 7, секционирующих ускорительную трубку (фиг.З и 4).A three-gap, six-pole magnet 1 consists of two symmetric W-shaped elements, each of which has three pole tips of alternating polarity, with pole tips forming a gap having a different polarity. The magnet 1 is enclosed in a screen 2 of electrically conductive material with entry windows. And the output of the beam is 0. and Ojj, between which the ion conduit 3 is located, in the central part of which is placed the diaphragm 4, the ion conductor 3 is surrounded by an additional screen 5 of radiation-protective material. The threaded ring 6 serves to fasten the magnet with accompanying elements on the equipotential partitions 7 that partition the accelerator tube (Figs. 3 and 4).

В трехзазорном магните (фиг.1) магнитные пол  во всех зазорах однородны и одинаковы по абсолютной величине , а направление их чередуетс . Крайние полюсные наконечники располо2In the three-gap magnet (Fig. 1), the magnetic fields in all the gaps are uniform and the same in absolute value, and their direction alternates. Extreme pole tips2

жены симметрично относительно центрального полюсного наконечника, который имеет вдвое большую прот женностьwives are symmetrical with respect to the central pole tip, which is twice as long

вдоль ионно-оптической оси трубки. Совокупное действие магнитных полей на ион пучка про вл етс  в смещении траектории иона на участке расположени  магнита. Дл  протона с энергиейalong the ion-optical axis of the tube. The cumulative effect of magnetic fields on the ion of the beam manifests itself in the displacement of the ion trajectory at the location of the magnet. For proton with energy

200 кэВ при прохождении зазоров магнита с полем 0,05 т и геометрией (фиг.2) (, ,5 см, ,8 см) величина смещени  S составл ет 0,6 мм. Электроны с такой же энергией отклон ютс  на ионопровод 3 (Ее 1,5 см), возникающее при этом рентгеновское излучение в основном поглощаетс  экраном 5 из радиационно-защитного материала. По мере200 keV with the passage of the gaps of the magnet with a field of 0.05 tons and the geometry (Fig.2) (,, 5 cm, 8 cm), the magnitude of the displacement S is 0.6 mm. Electrons with the same energy are deflected to the ion duct 3 (1.5 cm E), the resulting x-ray radiation is mainly absorbed by the screen 5 from the radiation-shielding material. As

ускорени  ионов величина S уменьшает- с , а максимальна  энерги  электронов остаетс  неизменной, в приведенном примере 200 кэВ. Во избежание возможного выхода электронов из ионопроводаion acceleration, the value of S decreases with, and the maximum electron energy remains unchanged, in the given example, 200 keV. In order to avoid the possible release of electrons from the ion guide

из-за совместного действи  на нихdue to the joint action on them

электрического и магнитного полей желательно , чтобы 1 - (.1,5-2) а (фиг.1). Вследствие столкновений ионов пучка с атомами (молекулами)electric and magnetic fields is desirable to 1 - (.1,5-2) a (figure 1). Due to collisions of ions of a beam with atoms (molecules)

остаточного газа, а также из-за действи  различного рода аббераций, некотора  часть ионов выходит за границу сформированного пучка, образу  так называемую шубу. Ионы шубыof residual gas, and also due to the effect of various kinds of aberrations, some of the ions go beyond the boundary of the formed beam, forming a so-called fur coat. Iona fur coats

могут вызьшать вторичную электронную эмиссию с торца экрана 2 и ионопровода 3, что нежелательно, так как вызывает дополнитешьную электронную нагрузку в трубке. Дл  удалени  указан-тmay cause secondary electron emission from the end of the screen 2 and the ion guide 3, which is undesirable because it causes an additional electronic load in the tube. To remove the specified t

ных ионов из пучка в центральную ; часть ионопровода введена диафрагма 4, Эмисси  электронов с диафрагмы в ускорительную трубку невозможна, так как она находитс  в эквипотенциальной области и в магнитном поле центрального зазора, подавл ющем эмиссию электронов, В отличие от прототипа в области ускорени  ионов ионно-оптиЧеска  ось трубки и ось пучка совпадают , что способствует улучшению г качества пучка к, соответственно, уменьшению потерь ионов. Поскольку максимальное смещение ионов в ионо- . проводе очень мало (смещение дл  т желых ионов будет еще меньше, чем дл  протонов),.то поправку на указанное смещение при установке диафрагмы в ионопроводе можно не учитывать. На фиг.З и 4 приведены вариалты уско5101ions from the beam to the center; Part of the ion guide is introduced by the diaphragm 4, the emission of electrons from the diaphragm into the accelerating tube is impossible, since it is in the equipotential region and in the magnetic field of the central gap, which suppresses the emission of electrons, Unlike the prototype, in the region of ion acceleration of ion-optical tube axis and the beam axis coincide, which contributes to an improvement in the beam quality k, respectively, to a decrease in ion loss. Since the maximum displacement of ions in the ion. the wire is very small (the displacement for heavy ions will be even smaller than for protons), then the correction for the specified displacement when the aperture is set in the ion guide can be ignored. On fig.Z and 4 shows the options usko5101

рительных трубок с трехзазорными магнитами , расположенными в эквипотен-;: циальной области. Стрелками показаны направлени  течени  газовых потоков через эквипотенциальные перегородки, непрозрачные дл  ускоренных электронов .tube tubes with three-gap magnets located in the equipotential; The arrows indicate the directions of the flow of gas flows through the equipotential partitions, which are opaque to accelerated electrons.

Работает ускорительна  трубка следующим образом. После откачки вакуум- юThe accelerator tube works as follows. After pumping out the vacuum

ной системы ускорител  пр мого действи , частью которого  вл етс  ускорительна  трубка, включаетс  ионный источник После достижени  требуемого режима работы источника включаютс  элементы питани  ионно-оптической системы ускорител , с помощью которых осуществл етс  предварительное формирование пучка и подъем напр жени  непосредственно на ускорительной трубке После того, как услови  оптимального формировани  и ускорени  пучка достигнуты, с помощью магнитнотAccelerator system of direct action, of which the accelerator tube is a part, turns on the ion source. After the required operating mode of the source is reached, the power elements of the accelerator ion-optical system are turned on, by means of which the beam is pre-formed and the voltage is raised directly on the accelerator tube. as conditions for optimal formation and acceleration of the beam are achieved using magnetically

го сепаратора пучок очищаетс  от примесных ионов и направл етс  на облучаемый образец.The separator beam is cleaned of impurity ions and directed to the irradiated sample.

В данной ионной ускорительной трубке по сравнению с прототипом вдвое уменьшена энерги  электронов, отклон емых магнитным полем, рентгевзаимодействии их с ионопроводом, поглощаетс  экраном из радиационнозащитного материала, охватывающим ионопровод. Радиационна  опасностьCompared to the prototype, in this ion accelerator tube, the energy of electrons deflected by the magnetic field is halved, their X-ray interaction with the ion conductor is absorbed by a shield of radiation-protective material covering the ion conductor. Radiation hazard

трубки резко уменьшаетс , что имеет существенное значение при размещении ускорителей мегавольтного диапазона в производственных помещени х. По., сравнению с прототипом при увеличенииthe tubes are drastically reduced, which is essential when placing accelerators of the megavolt range in industrial premises. Po., Compared with the prototype with an increase

интенсивности ускор емого ионного пучка в несколько раз радиационна  опасность уменьшаетс  на несколько пор дков. новское излучение, возникающее приThe intensity of the accelerated ion beam is several times that the radiation hazard is reduced by several orders of magnitude. nova radiation arising from

Я;I;

RiRi

Фиг. гFIG. g

фиг Лfig L

Claims (2)

1.ИОННАЯ УСКОРИТЕЛЬНАЯ ТРУБКА, содержащая эквипотенциальные перегородки с диафрагмами на ионно оптической оси ускорительной трубки, на которых укреплены магниты с зазорами для ионопровода, отличающаяся тем, что, с целью увеличения интенсивности ускоренного потока, каждый магнит выполнен многозазорным с чередующейся полярностью полюсных наконечников и заключен в электропроводящий экран с отверстиями для размещения ионопровода, в средней части которого установлена дополнительная диафрагма.1. ION ACCELERATING TUBE, containing equipotential baffles with diaphragms on the ion-optical axis of the accelerating tube, on which magnets with gaps for the ion guide are mounted, characterized in that, in order to increase the accelerated flux intensity, each magnet is multi-gap with alternating polarity of the pole tips and enclosed in an electrically conductive screen with holes for placing an ion conductor, in the middle of which an additional diaphragm is installed. 2.Трубка по π,1, отличающаяся тем, что, с целью повышения радиационной безопасности ее, ионопровод снабжен экраном из радиационно-защитного материала.2. A tube according to π, 1, characterized in that, in order to increase its radiation safety, the ion guide is equipped with a screen of radiation-protective material.
SU813270497A 1981-01-04 1981-01-04 Ion accelerating tube SU1011032A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813270497A SU1011032A1 (en) 1981-01-04 1981-01-04 Ion accelerating tube

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813270497A SU1011032A1 (en) 1981-01-04 1981-01-04 Ion accelerating tube

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1011032A1 true SU1011032A1 (en) 1988-05-30

Family

ID=20951477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU813270497A SU1011032A1 (en) 1981-01-04 1981-01-04 Ion accelerating tube

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1011032A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР 650251, кл, Н 05 Н 5/02, 1976. Howe F.A. Magnetically suppressed accelerator (tubes. IEEE Trans, on Nucl, Science June. 1967, p.122. Авторское свидетельство СССР № 163303, кл. Н 05 Н 5/02, 1963, *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3571642A (en) Method and apparatus for interleaved charged particle acceleration
US4486665A (en) Negative ion source
US5365070A (en) Negative ion beam injection apparatus with magnetic shield and electron removal means
CN102119584A (en) High-current DC proton accelerator
US4584473A (en) Beam direct converter
CN109565923B (en) Ion beam filter for neutron generator
US3664920A (en) Electrostatic containment in fusion reactors
US4661710A (en) Negative ion source
US4439395A (en) Neutral beamline with improved ion energy recovery
Nešković et al. Status report on the VINCY Cyclotron
Naylor A folded tandem accelerator
SU1011032A1 (en) Ion accelerating tube
US4349505A (en) Neutral beamline with ion energy recovery based on magnetic blocking of electrons
US5247263A (en) Injection system for tandem accelerators
US20240098871A1 (en) Drift tube electrode arrangement having direct current optics
US3649862A (en) Separated ion beam source with adjustable separation
US5293134A (en) Tandem accelerator
US3371205A (en) Multipole mass filter with a pulsed ionizing electron beam
US4967078A (en) Rutherford backscattering surface analyzer with 180-degree deflecting and focusing permanent magnet
US4737726A (en) Charged particle beam storage and circulation apparatus
Kester et al. The Frankfurt MEDEBIS: A prototype of an injector for a synchrotron dedicated for cancer therapya
US3117224A (en) High vacuum mass analyser apparatus
US20220238294A1 (en) Method for reducing the diameter of a x-ray tube through recessing of the vacuum port
US3239707A (en) Cyclotron ion source
Hunt et al. The performance and conditioning of “inverted cone” Van de Graaff accelerating tubes