Способ получения отрицательных ионов

Способ получения отрицательных ионов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области технической физики и техники применения источников отрицательных ионов. Цель - уйёличение эффективности получения и уменьшение угла расходимости отрицательных ионов. Способ состоит в получении пучка положительных ионов и электронов у который преобразуют в пучок отрицательных ионов в одном и том же электрическом поле, тормозящем положительные ионы и ускоряющем электроны и рождающиеся отрицательные ионы. Способ основан на свойстве положительного иона к захвату двух электронов в электрическом поле, тормозящем положительный ион и ускоряющий электрон. Положительный эффект: уменьшение угла расходимости и количества разрушающихся отрицательных ионов из-за однонаправленности векторов скоростей всех частиц; увеличение эффективности образования отрицательных ионов, обусловленное свойством положительных ионов захватывать электроны в тормозящем эти ионы электрическом поле, а также высокой скоростью отбора образующихся отрицательных ионов за .счет высоконапряженности электрического поля в зоне их образования. 5 ил. (Л

СОЮЗ С08ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1% (И) (51)5 Н О1 7 27/00

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (46) 23.05.92. Бюл. Р 19 (21) 4176038/25

° °

22) 07,01.87

72) H.Ô. Лазарев (53) 533.8(088.8) (56) Патент США Р 3424904, кл. 250-84, 1965.

Авторское свидетельство СССР

Р 1 067972, кл. Н О1 J 2277//0000, 1983. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ

ИОНОВ (57) Изобретение относится к областй технической физики и техники применения источников отрицательных ионов.

Цель - уйеличение эффективности получения и уменьшение угла расходимости отрицательных ионов. Способ состоит в получении пучка положительных ионов и электронов „ который преобразуют в пучок отрицательных ионов в одном и том же электрическом поле, 21174 А1 тормозящем положительные ионы и ускоряющем электроны и рождающиеся отрицательные ионы, Способ основан на свойстве положительного иона к захвату двух электронов в электрическом поле, тормозящем положительный ион и ускоряющий электрон. Положительный эффект: уменьшение угла расходимости и количества разрушающихся отрицательных ионов иэ-за однонаправленности векторов скоростей всех частиц; увеличение эффективности образования отрицательных ионов, обусловленное свойством положительных ионов захватывать электроны в тормозящем эти ионы электрическом поле, а также высокой скоростью отбора образующихся отрицательных ионов за,счет высокой напряженности электрического поля в воие их образования. 5 ил.

1421174

Изобретенное <1тнасится к техничес.< .й ф

<.сслецованнях по изучению элемент

Пелью изобретения является увели<<е1<ие зффектив1<ости получения и уь<е1<ьшение угла расходимости отрицательнь<х ионов при преобразовании положительных ионов в отрицательные.

Способ состоит в получении пучка попутных положительных ионов н электронавр который преобразуют в пучок

"ò:.рицательных ионов в одном и том же электрическом поле, тормозящем положительные ионы и ускоряющем электроны и рождающиеся отрицательные ионы, Способ основан Era свойстве положи- 20 тельнага иона захватывать два элект-рона в электрическом поле, тормозящем положнтельнь1й ион и ускоряющем электра1<. Причемр вследствие электронной аолярнзуемости в сильном электричес- 25

-;;ам в<0JE

35 алазме между электродами системы ускорения положительных ионов.

Способ опробован следующим образом.

В камере 1 (см. фиг, !), выполненной из кварцевого стекла, создают 40 газоразрядную плазму с помощью источника тока 2, катода 3 и анода 4. Между электродами 5 и 6, введенными в разрядну1о камеру, прикладывается напряжение от источника электрического тока 7; причем на электрод 5 подается положительный потенциал, а на электрод 6 — отрицательный. В результате внутренняя поверхность эмиссионного отверстия 8 электрода 6 бомбардируется положительными ионами, образующимися.между электродами 5 и 6. Часть этих ионов пролетает в эмиссионное от.верстие 8, не взаимодействуя с поверхностью электрода 6, и попадает в

55 тормозящее их электрическое поле, ко-5 торое создают между электродами 6 и

9 с помощью источника электрического тока 10; На электрод 9 подают положительнь1й потенциал, в результате чего отрицательные ионы и вторичные электроны ускоряются в промежутке между электродами 6 и 9, попадают в магнитный анализатор II и регистрируются на фотопластине 12.

На фотометрических кривых (см, фиг. 2-4) по оси абсцисс вправо от нуля отложено значение энергии отрицательных ионов, образовавшихся между электродами 5 и 6, а влево от ну-. ля — значение энергии отрицательных ионов, образовавшихся между электродами 6 и 9 при торможении положительных ионов, которая совпадает по величине с энергией торможения последних. (По оси ординат отложена оптическая плотность почернения масс-энергетического спектра (одно деление соответствует О,!б единиц оптической плотности). Графическое изображение масс-энергетического спектра получено фотометрированием фотоплЛстины с указанным спектром с помощью микрофотометра Н<>0-451.

Кривые получены при следующем режиме работы схемы. Ток разряда между катодом 3 и анодом 4 .I =0,3 А, напряжение разряда 11<р=бб В, плотность тока разряда в области электродов

5 и б jp=2,14 А/см, напряжение источника така 10. 0 =12 кВ. Перечисленные параметры одинаковы для всех трех кривых, однако кривые получены при напряжениях между электродами 5 и б U-< соответственна 50, 100 и 150 В.

Как видно из кривых на фиг. 2-4, группы ионов Н, соответствующие пикам 13, 14 и 15, в основном получены в результате преобразования положительных ионов в отрицательные у поверхностей электрода б и отверстия 8.

Механизмы образования Н -групп, соответствующих пикам 13, 14 и 15, известны и в основном обусловлены десорбцией, диесоциацией, упругим отраже-. нием частиц с захватом электронов на уровне электронного средства, отразившихся и десорбированных частиц, и другими процессами при бомбардировке поверхности мишени положительными ионами и нейтралами. Группа Н, соответствующая пику 13, не изменяет своего положения в спектре в зависи- . мости-от изменения напряжения Б что указывает на то, что эта группа образуется у поверхности электрода 6, з 142117 по-видимому, в результате десорбции или отражения нейтралов в виде Н

В отличие от групп Н, соответствующих пикам 14 и 15; энергия которых увеличивается с увеличением напряжения U>, энергия группы Н, соответствующей пику 16, уменьшается с увеличением напряжения U между электродами 5 и 6, что указывает на торможе- Ig ние группы положительных ионов в . электрическом поле между электрода ми 6 и 9 и образование отрицательных ионов, Таким образом, в ускоряющем для электронов и отрицательных ионов и одновременно тормозящем для положительных ионов электрическом поле в промежутке между электродами 6 и 9 существуют условия для конверсии по-. 20 ложительных ионов в отрицательные ионы при условии наличия там электронов. Как, видно из кривых фиг. 2-4, процесс образования ионов Н -группы, соответствующей пику 16, идет в том 25 случае, когда протон не полностью заторможен и его энергия составляет несколько десятков электрон-вольт,.

Энергии групп отрицательных ионов

Н, соответствующих пикам 14, 15 и .16, превьппают значение eU> . Это вызвано потенциалами плазмы, заключенной между электродами 5 и 6.Распределение потенциала (см. фиг. 5) позволяет объяснить указанное увеличение энергии в данных экспериментальных условиях. Из кривой распределения потенциалов видно, что энергия положительных ионов, поступающих к поверхности электрода б, складывается из энергии е, получаемой ионами в результате наличия электрического поля, создаваемого плазмой, и энергии eU, соответствующей напряжению, приложенному между .электродами 5 и 6, Как видно из фотометрических кривых на фиг. 2-4, пик 16 по интенсивности превьппает пик 15> что указывает на сравнительно высокую эффективность образования отрицательных ионов из ВО положительных ионов при их торможении в электрическом поле. Пику 16 соответствует группа Н с не полностью .утраченной энергией протонов, по величине равной (eU +U ), а пику 3.. соответствует группа,Н с приобретенной энергией, равной (еБ +Пь„), что указывает на то, что группы Н, соответствующие пикам 15 и 16, произощ4 ,4 ли из протонов, поступающих иэ плазмы к поверхности электрода 6 и к эмиссионному отверстию 8, причем часть этих протонов у поверхности отверстия 8 преобразовалась в отрицательные ионы Н и образовала группу 15, а другая часть пролетела.в отверстие

IS, при торможении в электрическом поле между электродами 6 и 9 в при" сутствии электронов преобразовалась в отрицательные ионы Н и дала в спектре группу, соответствующую пику 16. При этом в масс-энергетическом спектре наблюдается группа электронов, происхождение которой объясняется вторичной электронной эмиссией с внутренней поверхности эмиссионного отверстия 8 в результате бомбардировки ее положительными ионами.

Таким образом, при торможении положительного иона резко возрастает эффективность присоединения двух электронов, как это видно из графиков на фиг. 2-4. При этом образующиеся отрицательные ионы в условиях сильного электрического поля с напряженностью E=IО кВ/см электрически поляризуются в одном направлении,.что способствует уменьшению угловой расходимости пучка ионов с момента их образования.

В случае, когда между электрода",. ми 5 и 6 прикладывалось напряжение

11р 200 В, в масс-энергетическом спектре Н пик 16 пропадает, в то время как остальные пики 13, 14 и 15 прйсутствуют.

Это обстоятельство,,указывает йа то, что процесс образования группы

Н, соответствующей пику 16, происходит до определенной относительной скорости между ускоряющимся электроном и тормозящимся положительным ионом, которая характеризует время взаимодействия упомянутых частиц.

При U 200 Б время взаимодействия недостаточно для преобразования Н в

Н . Поскольку плотность оптического . почернения D можно считать пропорциональной ионному току Н, то с появле-. нием пика 16 общее количество Н в спектре существенно возрастает, что .;, указывает на увеличение эффективности получения отрицательных конов при от" боре их через электрод с отрицательным потенциалом.

Операция получения положительных ионов включает ионизацию исходного

5 14211 вещества, и ее можно проводить как путем применения газоразрядной плазмы, так и другими приемами.

Операция получения электронов может включать любые способы эмиссии электронов, в том числе и вторичную эмиссию при бомбардировке поверхности веществ ионами.

Операция отбора отрицательных ионов происходит самопроизвольно, rtoскольку в момент образования отрицательных ионов они находятся в силь" ном электрическом поле, которое способствует быстрому отбору от зоны их генерации,и ускорению в направлении их использования.

Одинаковое направление движения частиц обусловливает увеличение эффективности как при отборе отрица.тельных ионов из зоны их образования, так и в пучке за счет уменьшения yr74 ла расходимости ионов, поскольку поступление ионов к месту нх использования увеличивается с уменьшением угла расходимости ионов. формула и з о б р е т е н и я

Способ получения отрицательных ионов, включающий получение положительных ионов и электронов и их ускорение, преобразование положительных ионов в отрицательные и отбор отрицательных ионов, о т л и ч а ю щ и й-. с я тем, что, с целью уменьшения угла расходимости отрицательных ионов и увеличения эффективности получения отрицательных ионов. преобразование положительных ионов в отрицательные производят путем торможения положительных ионов в электрическом поле в присутствии электронов.

142(! 74

l 421) 74

%ив. У

Составитель А. Латай

Редактор А. Купрякова Техред А.Кравчук

Корректор С. Шекмар

Заказ 2440

Тираа Лодписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

))3035» Москва, Ж-Э5, Раушская наб.» д. 4/5

»»»» »»»»»»»» »»»» ° »

Лроизводствеино«полиграфическое предприятие» г. Уигород, ул. Проектная» 4