Генерирование широкоапертурных ионных пучков и потоков плазмы на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов

• Автор: Визирь, Алексей Вадимович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 151 с.

Стабильность, высокая плотность тока, простота технической реализации делают тлеющий разряд привлекательным для его применения в плазменных источниках заряженных частиц и генераторах низкотемпературной плазмы. Создание условий для осцилляции электронов в тлеющем разряде обуславливает эффективную генерацию плазмы с высокой концентрацией при пониженном давлении газа, которое делает возможным ускорение ионов до требуемой энергии. Тлеющий разряд с полым катодом, по сравнению с другими видами тлеющего разряда с осцилляцией электронов магиетронный, пеннинговский, не требует магнитного поля, что существенно упрощает конструкцию устройств и улучшает однородность плазмы. Вместе с тем, даже в условиях оптимальной геометрии разрядной системы, низковольтная форма тлеющего разряда с полым катодом может существовать лишь при давлениях, превышающих Па. Для сохранения же электрической прочности ускоряющего промежутка при достаточно высоких ускоряющих напряжениях, а также для эффективной транспортировки ускоренного пучка на значительные расстояния для ряда применений давление газа должнб быть существенно ниже.


Использование высоковольтного тлеющего разряда ВТР для генерации пучков заряженных частиц ограничивается в основном источниками электронов , поскольку эффективность ионных источников на основе ВТР не может быть высока изза значительного количества вторичных электронов, выбиваемых ионным пучком из мишени катода. Системы с полым катодом применяются как для получения узкосфокусированных пучков заряженных частиц, так и пучков большого сечения . В первом случае разряд функционирует при относительно большом давлении порядка Па. Разрядная камера соединяется с областью ускорения и прохождения пучка через эмиссионное отверстие малого диаметра, что, с одной стороны, позволяет поддерживать перепад давления, необходимый для существования разряда, и, с другой стороны, обеспечивает электрическую прочность ускоряющего промежутка и транспортировку пучка. На рис. Плазма отражательного разряда с полым катодом генерируется в разрядной камере, образованной медным анодом 1 рис. Магнитное поле, необходимое для возбуждения разряда, создается постоянным магнитом 5. Плазма проникает через отверстие в катоде 3 в расширитель 7. Электроны из плазмы извлекаются с помощью электрода 6. Рабочий газ поступает в разрядную камеру из генератора газа. Рис. Типичная электродная схема универсального источника узкосфокусированных пучков ионов и электронов на основе отражательного тлеющего разряда с полым катодом а и конструкция пушки б, а 1 полый катод, 2 анод, 3 эмиссионный катод, 4 извлекающий электрод, 5 коллектор, 6 катушка магнитного поля или постоянный магнит, б 1 анод, 2 полый катод, 3 эмиссионный катод, 4, 8 изоляторы, 5 постоянный магнит, 6 извлекающий электрод, 7 расширитель, 4 элементы генератора газа.