Параметры ионных источников. Конструктивные элементы ионных источников

Сентябрь 2, 2022

Главная
Алгебра
Параметры ионных источников. Конструктивные элементы ионных источников

Содержание

2. Лекция 12 Слайд 2 Ионный источник – устройство для получения в вакууме ионного пучка – пространственно
3. Лекция 12 Слайд 3 Важнейшие параметры ионного источника: полный ток и плотность тока ионного пучка; энергия
4. Лекция 12 Слайд 4 Существуют различные типы источников ионов: с горячим, холодным и полым катодами; дуоплазмотроны;
5. Лекция 12 Слайд 5 Обычно ионные источники включают следующие конструктивные элементы: разрядную или ионизационную камеру, которая
6. Лекция 12 Слайд 6 Работу источника ионов обеспечивают вспомогательные устройства: система подачи газа; устройство испарения вещества;
7. Лекция 12 Слайд 7 В простейшем виде ионный источник состоит из эмиттера и ускоряющего электрода –
8. Лекция 12 Слайд 8 В зависимости от физической природы эмиттера ионов различают несколько типов ионных источников:
9. Лекция 12 Слайд 9 Наиболее широко используемым плазменным ионным источником является дуоплазмотрон 1 – катод из
10. Лекция 12 Слайд 10 В дуоплазмотроне для увеличения степени ионизации столб разряда подвергается механическому и магнитному,
11. Лекция 12 Слайд 11 Давление рабочего газа в промежуточном аноде составляет ~ 10-2 Тор. Дуоплазматрон позволяет
12. Лекция 12 Слайд 12 Дуоплазматрон требует достаточно сложного электропитания, которое включает: питание накала катода (в случае
13. Лекция 12 Слайд 13 Второй тип ионного источника, также широко используемый в различных методиках анализа –
14. Лекция 12 Слайд 14 Газовый разряд горит в продольном магнитном поле, создаваемом, как правило, постоянным магнитом
16. Скачать презентацию

Слайд 2

Лекция 12 Слайд 2
Ионный источник – устройство для получения в вакууме ионного

пучка – пространственно сформированного потока ионов, скорость направленного движения которых много больше их тепловых скоростей.
Ионный источник состоит из собственно источника ионов и устройства их экстракции. Атомы ускоряемых элементов могут вводиться в ионный источник либо напуском (в виде газа), либо испарением (жидкой или твердой примеси). В ионном источнике они ионизируются и вытягиваются соответствующим потенциалом, приобретая нужную энергию.
К источнику ионов предъявляют следующие требования:
стабильность пучка во времени;
получение нужных ионов с определенным зарядом;
получение нужной плотности ионного тока.

Слайд 3

Лекция 12 Слайд 3
Важнейшие параметры ионного источника:
полный ток и плотность тока ионного

пучка;
энергия ионов;
характерный поперечный размер пучка;
качество пучка, его пространственная и скоростная сформированность – эффективный угол расходимости и энергетический разброс ионов;
компонентный состав пучка – положительные и отрицательные ионы, атомарные, молекулярные, многозарядные ионы;
газовая эффективность – отношение потока сформированных ионов к потоку газа, подаваемого в ионный источник;
энергетическая эффективность ионного источника – отношение мощности пучка к мощности потребляемой ионным источником от сети.

Слайд 4

Лекция 12 Слайд 4
Существуют различные типы источников ионов: с горячим, холодным

и полым катодами; дуоплазмотроны; источники с ВЧ- и СВЧ - возбуждением; с поверхностной ионизацией.
В ионном источнике обеспечивается возбуждение атомов рабочего газа до энергии, превышающей потенциал ионизации атома, для образования положительно заряженных ионов.

Слайд 5

Лекция 12 Слайд 5
Обычно ионные источники включают следующие конструктивные элементы:
разрядную или ионизационную

камеру, которая является несущей конструкцией источника;
анод, предназначенный для создания электрического поля внутри разрядной камеры;
источник электронов (термокатод), инжектирующий электроны для ионизации газа;
магнитную систему, повышающую эффективность ионизации и плотность плазмы;
электроды, экстрагирующие ионы, и электроды первичной фокусировки пучка.

Слайд 6

Лекция 12 Слайд 6
Работу источника ионов обеспечивают вспомогательные устройства:
система подачи

газа;
устройство испарения вещества;
источники питания.
Любой ионный источник состоит из двух основных узлов:
эмиттера ионов,
электростатической системы, с помощью которой ионы извлекаются, ускоряются и формируются в направленный поток – ионно-оптическая система (ИОС).

Слайд 7

Лекция 12 Слайд 7
В простейшем виде ионный источник состоит из эмиттера и

ускоряющего электрода – экстрактора с отверстием для выхода ионного пучка.
Для дополнительной фокусировки ускоренного пучка используются электростатические и магнитные линзы.
ИОС различных ионных источников строятся по единому принципу, и главным фактором, определяющим тип ионный источник, является метод создания эмиттера ионов.

Слайд 8

Лекция 12 Слайд 8
В зависимости от физической природы эмиттера ионов различают несколько

типов ионных источников:
с поверхностной ионизацией, где эмиттером ионов служит поверхность накалённого материала, работа выхода которого превышает потенциал ионизации падающих на него атомов;
плазменные, в которых ионы отбираются с поверхности плазмы, образуемой в большинстве случаев с помощью газового разряда;
"полевые", в которых ионы образуются благодаря действию сильного электрического поля (~108 В/см) на и вблизи поверхности твёрдого тела, ионы которого необходимо получить.
В установках для элементного и структурного анализа, использующих ионные пучки, применяются исключительно плазменные ионные источники.

Слайд 9

Лекция 12 Слайд 9
Наиболее широко используемым плазменным ионным источником является дуоплазмотрон
1 –

катод из вольфрама или гексаборида лантана;
2 – промежуточный анод;
4 – анод;
3 – соленоид, создающий магнитное поле ~ кГс;
5 – вытягивающий электрод
ионно-оптической системы.
Анод и промежуточный анод
изготовлены из ферромагнитного материала
и образуют магнитную цепь.

Слайд 10

Лекция 12 Слайд 10
В дуоплазмотроне для увеличения степени ионизации столб разряда

подвергается механическому и магнитному, сжатию с помощью диафрагм и магнитного поля, нарастающего к анодному отверстию малого диаметра. Сжатие разрядной дуги в узком канале промежуточного электрода сопровождается возникновением плазменного "пузыря" со скачком потенциала в слое, отделяющем катодную плазму А от более плотной анодной плазмы С.
В тонком слое В ускоряются и фокусируются электроны, выходящие из плазменной области А в плазменную область В. Вблизи анода 4 плотная плазма дополнительно сжимается сильным неоднородным магнитным полем, сечение плазмы вблизи выходного отверстия уменьшается, а концентрация ионов в плазме возрастает до 1014–1015 см -3. Такая плазма эмитирует ионы с плотностью в десятки А/см2, т. е. образуется "точечный" эмиттер.

Слайд 11

Лекция 12 Слайд 11
Давление рабочего газа в промежуточном аноде составляет ~

10-2 Тор.
Дуоплазматрон позволяет получать ионы газообразных элементов с высокой плотностью ионного тока. Рабочий газ, ионы элементов которого необходимо получить, поступает в область промежуточного электрода через регулируемый натекатель. Среди других ионных источников дуоплазматрон отличается высокой газовой эффективностью.

Слайд 12

Лекция 12 Слайд 12
Дуоплазматрон требует достаточно сложного электропитания, которое включает:
питание накала

катода (в случае W катода U = 5-10 В, I = 10-40 А);
питание промежуточного анода U = 0-100 В, I = 0-0,5 А;
питание анода U = 0-250 В, I = 0,5-2 А;
питание соленоида U = 0-10 В, I = 0-50 А.
все эти источники питания находятся под высоким положительным ускоряющим потенциалом, определяющим энергию ионов, вытягиваемых из ионного источника.

Слайд 13

Лекция 12 Слайд 13
Второй тип ионного источника, также широко используемый в

различных методиках анализа – ионный источник с холодным катодом или ионный источник Пеннинга.
В данном ионном источнике зажигание газового разряда осуществляется за счет пробоя газового промежутка катод-анод, между которыми прикладывается напряжение несколько сотен вольт. Напряжение на разрядном промежутке должно быть минимальным для зажигания и поддержания стабильного газового разряда. Напряжение зажигания зависит от материла катода. Для большинства материалов оно составляет несколько кВ. Однако, для некоторых "низковольтных" материалов", таких как алюминий, магний, оно составляет сотни вольт. У этих материалов тонкая окисная пленка на поверхности понижает напряжение зажигания за счет того, что окисная пленка является диэлектриком, а у диэлектриков большой коэффициент ионно-электронной эмиссии.

Слайд 14

Лекция 12 Слайд 14
Газовый разряд горит в продольном магнитном поле, создаваемом,

как правило, постоянным магнитом с индукцией несколько кГс, между двумя катодами и кольцевым анодом. Катоды источника изготавливаются из алюминия, корпус – из мягкого железа для замыкания магнитных линий. Эмиссия электронов из катодов происходит за счет их бомбардировки ионами разряда. За счет приложенного магнитного поля электроны движутся по спирали, что увеличивает их путь и число ионизирующих соударений на пути катод-анод.
Давление рабочего газа в ионном источнике 10-3-10-4 Тор.
Извлекаемый ионный ток в стационарном режиме до нескольких миллиампер.

Параметры ионных источников. Конструктивные элементы ионных источников

Содержание

Лекция 12 Слайд 2Ионный источник – устройство для получения в вакууме ионного

Лекция 12 Слайд 3Важнейшие параметры ионного источника:полный ток и плотность тока ионного

Лекция 12 Слайд 4Существуют различные типы источников ионов: с горячим, холодным

Лекция 12 Слайд 5Обычно ионные источники включают следующие конструктивные элементы:разрядную или ионизационную

Лекция 12 Слайд 6Работу источника ионов обеспечивают вспомогательные устройства: система подачи

Лекция 12 Слайд 7В простейшем виде ионный источник состоит из эмиттера и

Лекция 12 Слайд 8В зависимости от физической природы эмиттера ионов различают несколько

Лекция 12 Слайд 9Наиболее широко используемым плазменным ионным источником является дуоплазмотрон1 –

Лекция 12 Слайд 10В дуоплазмотроне для увеличения степени ионизации столб разряда

Лекция 12 Слайд 11Давление рабочего газа в промежуточном аноде составляет ~

Лекция 12 Слайд 12Дуоплазматрон требует достаточно сложного электропитания, которое включает:питание накала

Лекция 12 Слайд 13Второй тип ионного источника, также широко используемый в

Лекция 12 Слайд 14Газовый разряд горит в продольном магнитном поле, создаваемом,

Похожие презентации