Verfahren zur Extraktion von Ionen aus Gasentladungen Bei fast allen
Plasma-Ionenquellen wird das Gas, in dem die Ionen erzeugt werden, durch die Extraktionsöffnung
abgepumpt. Neben den extrahierten Ionen ist ein mehr oder weniger großer Anteil
nicht ionisierter oder (und) in der Ionenquelle sowie in der engen Extraktionsöffnung
durch Umladung wieder neutral gewordener Gasteilchen vorhanden. Die absolute Größe
dieses Anteils bedeutet bei großen Ionenströmen eine nicht mehr vernachlässigbare
Gasmenge, die die Diffusionspumpe des Nachbeschleunigungsraumes unnötig stark belastet.Process for the extraction of ions from gas discharges In almost all
Plasma ion sources will use the gas in which the ions are generated through the extraction port
pumped out. In addition to the extracted ions, there is a more or less large proportion
non-ionized or (and) in the ion source and in the narrow extraction opening
gas particles that have become neutral again are present by reloading. The absolute size
In the case of large ion currents, this proportion means that it is no longer negligible
Amount of gas that unnecessarily heavily loads the diffusion pump of the post-acceleration space.
Bei Ionenquellen ist es bekannt, zwischen Kathode und Anode ein verengtes
Rohr oder eine Düse einzubauen, durch die der Entladungsbogen brennt. Durch diese
Düse strömt aber ebenfalls eine beträchtliche Gasmenge, so daß zum Auspumpen des
Anodenraumes auf Höchstvakuum eine starke Diffusionspumpe erforderlich ist.In the case of ion sources, it is known to have a narrowed area between the cathode and anode
Install a tube or nozzle through which the discharge arc burns. Through this
However, a considerable amount of gas also flows through the nozzle, so that for pumping out the
A strong diffusion pump is required in the anode compartment to maximum vacuum.
Bei dem vorliegenden Verfahren zur Extraktion von Ionen aus Gasentladungen,
bei dem durch ein verengtes Rohr oder eine Düse ein ionisierbares Medium mit hoher
Geschwindigkeit strömt, ist erfindungsgemäß an der Stelle größter Strömungsgeschwindigkeit
im Rohr bzw. in der Düse eine Öffnung vorgesehen, durch die die in dem Rohr bzw.
in der Düse erzeugten Ionen quer zur Gasströmung mittels einer Absaugelektrode in
ein Vakuumgefäß gezogen werden.In the present process for the extraction of ions from gas discharges,
in which through a narrowed pipe or a nozzle an ionizable medium with high
Flow velocity is, according to the invention, at the point of greatest flow velocity
an opening is provided in the pipe or in the nozzle through which the
Ions generated in the nozzle perpendicular to the gas flow by means of a suction electrode in
a vacuum vessel can be drawn.
Durch das vorliegende Verfahren gelingt es, den Querschnitt der Extraktionsöffnung(en)
verhältnismäßig groß zu machen, so daß die Rekombination der Ionen in der Öffnung
sehr niedrig gemacht werden kann und das Eindringen der nicht ionisierten Gasteilchen
in die Nachbeschleunigungsröhre weitestgehend verhindert wird. Dadurch kann entweder
die Hochvakuumpumpenanlage der Nachbeschleunigungsröhre wesentlich kleiner dimensioniert
werden als bei den bisher bekannten Ionenquellen, oder es kann der ausnutzbare Ionenstrom
unter Beibehaltung der großen Pumpenkapazität vergrößert werden.The present method makes it possible to determine the cross-section of the extraction opening (s)
make it relatively large so that the recombination of the ions in the opening
can be made very low and the penetration of the non-ionized gas particles
is largely prevented in the post-acceleration tube. This can either
the high vacuum pump system of the post-acceleration tube is much smaller
than with the previously known ion sources, or the usable ion current
can be increased while maintaining the large pump capacity.
Strömt nämlich eine ideale reibungsfreie Flüssigkeit oder ein Gas
durch eine Röhre veränderlichen Querschnitts, so ändert sich der auf die Röhrenwandung
wirkende statische Druck mit der Durchfiußgeschwindigkeit des Mediums gemäß der
Bernoullischen Gleichung, die die Konstanz der Energie im strömenden Medium zum
Ausdruck bringt und nähere Aussagen über den Zusammenhang zwischen kinetischer Energie
und Druckarbeit macht. Erhöht man die Strömungsgeschwindigkeit durch Verringerung
des Rohrquerschnitts (Venturirohr oder Lavaldüse), so nimmt der statische Druck
im strömenden Medium mit zunehmender Geschwindigkeit ab und kann unter gewissen
Umständen praktisch gleich Null werden (Prinzip der Wasser- oder Dampfstrahlpumpen).This is because an ideal frictionless liquid or gas flows
through a tube of variable cross-section, the one on the tube wall changes
Acting static pressure with the flow rate of the medium according to the
Bernoulli's equation, which gives the constancy of energy in the flowing medium
Expresses and provides more detailed information about the relationship between kinetic energy
and doing print work. If you increase the flow velocity by reducing it
of the pipe cross-section (Venturi pipe or Laval nozzle), the static pressure increases
in the flowing medium with increasing speed and can under certain conditions
Circumstances are practically zero (principle of water or steam jet pumps).
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Führt man ein von Gas oder Dampf hoher Geschwindigkeit durchströmtes Rohr 1 durch
ein an einer Hochvakuumpumpe angeschlossenes Gefäß 2, so kann man unter gewissen
Betriebsbedingungen das Rohr an seinem oder (bei Überschallgeschwindigkeit) in der
Nähe seines engsten Querschnittes, z. B. an der Stelle 3, öffnen, ohne daß Gas merklich
in den Hochvakuumraum diffundiert. Sorgt man nun dafür, daß ein durch das Rohr z.
B. mit Überschallgeschwindigkeit strömendes, ionisierbares Gas oder Dampf an der
Stelle der größten Geschwindigkeit senkrecht zur Bildebene oder in Richtung des
strömenden Mediums z. B. durch Elektronenstoß oder durch eine selbständige Gasentladung
ionisiert wird (nicht gezeichnet), so können die Ionen durch eine Absaugelektrode
4 in bekannter Weise extrahiert und einer Nachbeschleunigung unterworfen werden.
Auf diese Weise können nicht nur Gase, wie z. B. H2, D, usw., sondern auch kondensierbare
Metalldämpfe, wie z. B. Hg, ionisiert und deren Ionen extrahiert werden.FIGS. 1 and 2 schematically show exemplary embodiments of the invention.
If a pipe 1 is passed through through which gas or steam flows at high speed
a vessel 2 connected to a high vacuum pump, so one can under certain circumstances
Operating conditions the pipe at his or (at supersonic speed) in the
Near its narrowest cross-section, e.g. B. at point 3, open without any noticeable gas
diffuses into the high vacuum space. If you now ensure that a through the pipe z.
B. at supersonic speed flowing, ionizable gas or steam at the
Position of the greatest speed perpendicular to the image plane or in the direction of the
flowing medium z. B. by electron impact or by an independent gas discharge
is ionized (not shown), the ions can be passed through a suction electrode
4 extracted in a known manner and subjected to a post-acceleration.
In this way, not only gases, such as. B. H2, D, etc., but also condensable
Metal fumes, such as B. Hg, ionized and their ions are extracted.