Высокочастотные ионные источники

Высокочастотные ионные источники — наиболее распространенные источники для ускорителей прямого действия при токах ускоряющего пучка до 10 ма (рис.12).

Рис. 12. Схема вы­сокочастотного ион­ного источника:

1 — кольцевой высоко­частотный разряд; 2 — магнитное поле высокой частоты; 3 — плазма; 4 — витки катушки; 5 — граница плазмы; 6 — слюда; 7 — экстрактор; 8 — фоку­сирующий электрод; 9 — изолятор; 10 — ускоряю­щий электрод.

Они отличаются простотой конструкции, надежностью в работе, могут применяться для установок, работающих в сжатом газе, так как потребляют сравнительно не­большую высокочастотную мощность. Разрядная камера в источниках этого типа представляет собой цилиндрическую кварцевую или пирексовую колбу, на которую надета катушка, подающая питание от высокочастотного генератора. Принцип действия высокочастотных источников ясен из рис. 12, на котором представлена схема одного из возможных вариантов источника.

• Типичными для высокочастотных источ­ников являются следующие параметры: пол­ный ток пучка примерно 300 мка;

• частота переменного тока, питающего катушку, на­детую на кварцевую камеру, 10…50 Мгц;

• мощность системы высокочастотного питания 150…200 вт;

• напряжение на вытягивающем электроде 3…5 кВ;

• расход водорода около 1…2 см³/ч;

• протонная составляющая в пучке ускоренных ионов 60…70 %;

• давление газа в разрядной камере порядка 10^-2 мм рт. ст.

Как следует из рис.12, разрядная ка­мера не имеет электродов. Высокочастотное магнитное поле, создаваемое катушкой, за­жигает в камере безэлектродный кольцевой разряд, вызывающий ионизацию газа. В верх­нюю часть колбы впаян проводник (анод), который сообщает плазме положительный потенциал. Это создает улучшенные условия вытягивания ионов через рабочее отвер­стие. Разность потенциалов между плаз­мой и катодом является вытягивающим на­пряжением. В источниках всех типов плазма отталкивается от вытягивающего отверстия.

Это вызвано тем, что в пограничном слое плазмы вследствие вытя­гивания положительных ионов преобладают электроны. Поверх­ностный слой плазы, заряженный отрицательно, отталкивается от вытягивающего катода. Таким образом, поверхность, через кото­рую идет экстракция, увеличивается, принимая вогнутую форму.

Иногда принимают специальные меры для увеличения поверх­ности вытягивания. Для этого в районе отверстия устанавли­ваются специальные изоляционные манжеты, удаляющие плазму от края отверстия и развивающие ее рабочую поверхность.

Создание вогнутой формы границы плазмы способствует увели­чению поверхности плазмы, с которой происходит отбор ионов, что в свою очередь приводит к увеличению вытягиваемого тока и к первичной фокусировке пучка. Эта фокусировка способствует успешному проходу вытягиваемого пучка через малое отверстие, соединяющее область разряда с полостью ускорительной трубки.

На рис. 13 приведен вид в/ч ионного источника.

Рис.13. Внешний вид в/ч ионного источника