Ионная ускорительная трубка

Ионная ускорительная трубка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1.ИОННАЯ УСКОРИТЕЛЬНАЯ ТРУБКА , содержащая эквипотенциальные перегородки с диафрагмами на ионнооптической 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. 2.Трубка поп,1, отличающаяся тем, что, с целью повышения радиационной безопасности ее, х i ионопровод снабжен экраном из радиационно-защитного материала. (Л САд to

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН gp 4 Н 05 Н 5!03

ВСГОЩЩЦу

ТЕХ(-„ . " :.. 1ф И ЛИЙТИА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3270497/18-21 (22) 04.01.81 .(46) 30 ° 05.88. Бюл. Р 20 .(71) Институт физики твердого тела

АН СССР (72} Б,А.Дьячков (53) 621 ° 384.66(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 650251, кл, Н 05 Н 5/02, 1976.

Hove Y.A. Magnetically suppressed

accelerator tubes. IEEK Trans. on

Nucl. Science June. 1967, р.122.

Авторское свидетельство СССР

У 163303, кл. Н 05 Н 5/02, 1963 ° (54)(57) 1.ÈÎHÍÀß УСКОРИТЕЛЬНАЯ ТРУБКА, содержащая эквипотенциальные перегородки с диафрагмами на ионно„„SU„, 1011032 А оптической оси ускорительной трубки, на которых укреплены магниты с зазорами для ионопровода, о т л и ч а ю— щ а я с я 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 дополнитель ная диафрагма.

2.Трубка по п,l о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения радиационной безопасности ее, л ионопровод снабжен экраном из радиационно-защитного материала.

101 1032

Изобретение относится к технике получения ускоренных ионных пучков в вакууме, и может быть использовано в ускорительной технике, электрон- 5 ной технике, физике твердого тела.

Известна ионная ускорительная трубка, содержащая концентрические, плоские электроды из магнитного материала, намагниченные в направлении, 10 перпендикулярном плоскости электрода. В указанной трубке за счет действия магнитных полей в приэлектродной области уменьшается электронная нагрузка в трубке, увеличивается ее 15 электропрочность и, как следствие, увеличивается интенсивность потока ускоренных ионов и уменьшается радиационная опасность трубки, Недостатком указанной ускоритель- 20 ной трубки является то, что электроны, образовавшиеся в результате ионизации остаточного газа ионным пучком. или обдирки отрицательных ионов, при ускорении в трубке отрицательных ионов могут быть ускорены до значительной энергии, определяемой электрическим потенциалом в месте их рож,цения, т.е. BIUloTb до максимальной энергии ионов. Интенсивность образо- ванного таким образом электронного потока определяется длиной трубки, давлением и составом газа в ней, энергией, массой и зарядом ускоряемых ионов. В ускорителях ионов тяжелых элементов, например, для ионной им-.. плантации в условиях промышленного производства полупроводниковых приборов требуемые интенсивности ионных . потоков могут достигать десятков мил- 40 лиампер, а ускоряющие напряжения—

1-2 МВ. При неблагоприятных условиях (давление, сорт ускоряемых ионов) электронная нагрузка в трубке может быть сравнима с током ускоренных 45 ионов. При этом необходимо иметь вви" ду, что некоторая часть ускоренного потока электронов будет высаживаться на электродах, что может уменьшить электрическую прочность трубки и делает невозможным локализацию высокой проникающей способности.

Известна ионная ускорительная трубка, содержащая закрепленные на электродах постоянные магниты с полюсными наконечниками, создающие поперечное к конно-оптической оси магнитное поле чередующегося направления и распределенные внутри трубки вдоль оси с шагом в несколько сот киловольт. В указанной трубке магнитное поле постоянных магнитов достаточно для отклонения ускоренных электронов на электроды трубки и лишь незначительно отклоняет ионы, Поскольку направление магнитных потоков изменяется вдоль оси трубки, то ионы при своем движении в трубке совершают колебания в плоскости, перпендикулярной направлению ионно-оптической оси, с амплитудой в несколько миллиметров и длиной волны, равной расстоянию между магнитами, с одинаковым направлением магнитного поля

Недостатки ускорительной трубки заключаются в том, что !) отклонение ускоренных электронов на электроды трубки приводит к снижению ее электропрочности и существенно ограничива-. ет величину ускоряемого тока ионов;

2) весьма большая максимальная энергия электронов, определяемая максимальной разностью потенциалов между ближайшими магнитами однонаправленного действия, увеличивает ее радиационную опасность; 3) невысокая газовая проводимость трубки, определяемая ее длиной и размером отверстия в кольцевом магните, затрудняет откачку трубки; 4) ограничение на величину магнитного поля, обусловленное допустимым отклонением ионного пучка, делает невозможным локализацию рентI геновского излучения и установки местной радиационной защиты.

Наиболее близкой к изобретению яв" ляется ионная ускорительиая трубка, содержащая эквипотенциальные перегородки, имеющие газовую проводимость, например жалюзийные, с отверстиями на ионно-оптической оси, в которых укреплены магниты с зазорами для пропускания пучка.

Недостатки этой трубки аналогичны указанным выше, кроме п.3, поскольку принципиальных ограничений на газо-, вую проводимость в нем нет. К недостатку следует также отнести наличие дйафрагмы, являющейся источником вторичных электронов (вторичная ионноэлектронная эмиссия с краев диафрагмы), число которых возрастает с увеличением ускоряемого тока ионов. Таким образом, диафрагма ограничивает величину ускоренного тока ионов, а радиационная опасность при эксплуатации трубки, вызванная бомбардиров1011032 кой ее электродов электронами (рентгеновское излучение), оказывается значительной.

Целью изобретения является увели5 чение интенсивности ускоренного потока и повышение радиационной безопасности трубки, Поставленная цель достигается тем, что в ионной ускорительной трубке, 10 содержащей эквипотенциальные перегородки с диафрагмами на ионна-оптической оси ускорительной трубки, на которых укреплены магниты с зазорами для ионопровода, каждый магнит выпал- 15 нен многозазарным с чередующейся полярностью полюсных наконечников и заключен в электропроводящий экран с отверстиями для размещения ионопровода, в средней части которого установ- 20 лена диафрагма.

Кроме того, ионопровод снабжен экраном из радиационно-защитного материала.

При этом напряженность магнитного 25 поля в зазорах магнита значительно выше, чем в прототипе, и может дости, гать десятых долей тесла,что в десятки раз больше, чем в прототипе.

На фиг,1 изображен многозазорный 30 магнит; на фиг.2 — смещение траектории иона на участке расположения магнита; на фиг.3 и 4 — ускорительные трубки, варианты выполнения °

Трехзазорный, шестиполюсный магнит З5

1 состоит из двух симметричных Ш-об- разных элементов, каждый из которых имеет по три полюсных наконечника чередующейся полярности, причем полюсные наконечники, образующие зазор 40 имеют разную полярность. Магнит заключен в экран 2 из электропроводящего материала с окнами для входа ,,и выхода пучка 0 . и 0, между которыми расположен ионопровод 3, в цент- 45 ральной части которого помещена диафрагма 4. Ионопровод 3 окружен дополнительным экраном 5 из радиационнозащитного материала. Резьбовое коль цо 6 служит для крепления магнита

50 с сопутствующими элементами на эквипотенциальных перегородках 7, секционирующих ускорительную трубку (фиг.3 и 4).

В трехзазорном магните (фиг.1)

55 магнитные поля во всех -зазорах однородны и одинаковы по абсолютной величине, а направление их чередуется, Крайние палюсные наконечники располажены симметрично относительно центрального полюсного наконечника, который имеет вдвое большую протяженность вдоль ионна-оптической оси трубки.

Совокупное действие магнитных полей на ион пучка проявляется в смещении траектории иона на участке расположения магнита, Для протона с энергией

200 кэВ при прохождении зазоров магнита с полем 0,05 т и геометрией (фиг.2) (М=1:1, a=j,5 см, в=2,8 см) величина смещения о составляет

Ф

0,6 мм. Электроны с такой же энергией откланяются на ианапровод 3 (Ве = 1,5 см), возникающее при этом рентгеновское излучение в основном поглощается экранам 5 из радиационно-защитного материала. По иере ускорения ионов величина 6 уменьшает- ". ся, а максимальная энергия электронов остается неизменной, в приведенном примере 200 кэВ. Ва избежание возможного выхода электронов из ионопровода из-за совместного действия на них электрического и магнитного полей же" лательно, чтобы 1,1,5-2) а (фиг.1). Вследствие столкновений ионов пучка с атомами (молекулами) остаточного газа, а также из-за действия различного рода аббераций, некоторая часть ионов выходит за границу сформированного пучка, образуя так называемую "шубу". Ионы "шубы" могут вызывать вторичную электронную эмиссию с торца экрана 2 и ионопровода 3, что нежелательно, так как вызывает дополнительную электронную нагрузку в трубке. Для удаления указан- с ных ионов из пучка в центральную часть ионопровода введена диафрагма

4. Эмиссия электронов с диафрагмы в ускорительную трубку невозможна, так как она находится в эквипотенциальнай области и в магнитном поле центрального зазора, подавляющем эмиссию электронов. В отличие ат прототипа в области ускорения ионов ионна-оптическая ось трубки и ось пучка совпадают, что способствует улучшению;. качества пучка и, соответственно, уменьшению потерь ионов. Поскольку максимальное смещение ионов в ионопроводе очень мало (смещение для тяжелых ионов будет еще меньше, чем для протонов), то поправку на указан" нае смещение при установке диафрагмы в ионопроводе можно не учитывать.

На фиг.3 и 4 приведены варианты уско1011032 рительных трубок с трехзаэорными магнитами, расположенными в эквипотен-." циальной области. Стрелками показаны направления течения газовых потоков через эквипотенциальные перегородки, непрозрачные для ускоренных электронов.

Работает ускорительная трубка следующим образом, После откачки вакуумной системы ускорителя прямого действия, частью которого является ускорительная трубка, включается ионный источник. После достижения требуемого режима работы источника включаются элементы питания ионно-оптической системы ускорителя, с помощью которых осуществляется предварительное формирование пучка и подъем напряжения непосредственно на ускорительной трубке. После того, как условия оптимального формирования и ускорения пучка достигнуты, с помощью магнитно-. го сепаратора пучок очищается от примесных ионов и направляется на облучаемый образец.

В данной ионной ускорительной трубке ло сравнению с прототипом вдвое уменьшена энергия электронов, отклоняемых магнитным полем, рентге ð новское излучение, возникающее при взаимодействии их с ионопроводом, поглощается экраном из радиационнозащитного материала, охватывающим ионопровод. Радиационная опасность

1я трубки резко уменьшается, что имеет существенное значение при размещении ускорителей мегавольтного диапазона в производственных помещениях, По, сравнению с прототипом при увеличении

20 интенсивности ускоряемого ионного пучка в несколько раэ радиационная опасность уменьшается на несколько порядков.

1011032

Редактор Н.Сильнягина

Корректор Д.Патай

Техред М,Дидык

Тираж 832 Подписное

ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3387

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4