RU2308115C1 - Direct-current hydrogen ion source - Google Patents
Direct-current hydrogen ion source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308115C1 RU2308115C1 RU2006104821/28A RU2006104821A RU2308115C1 RU 2308115 C1 RU2308115 C1 RU 2308115C1 RU 2006104821/28 A RU2006104821/28 A RU 2006104821/28A RU 2006104821 A RU2006104821 A RU 2006104821A RU 2308115 C1 RU2308115 C1 RU 2308115C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- magnetic pole
- ion source
- cathode
- stainless steel
- Prior art date
Links
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 13
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в научной деятельности и технологических процессах, в которых используются пучки водородных ионов со средней интенсивностью тока в несколько миллиампер.The invention relates to accelerator technology and can be used in scientific activities and technological processes that use beams of hydrogen ions with an average current intensity of several milliamps.
Сущность изобретения: использование тонкостенных цилиндров анода в качестве ловушки вакуумного масла в процессе нагрева цилиндров до температуры крекинга вакуумного масла при работе ионного источника в режиме постоянного тока. Этим обеспечивается защита катода и изолятора анода от углерода вакуумного масла вакуумного насоса.The inventive use of thin-walled anode cylinders as a vacuum oil trap in the process of heating the cylinders to a cracking temperature of vacuum oil when the ion source is in direct current mode. This protects the cathode and the anode insulator from the carbon of the vacuum oil of the vacuum pump.
Известна конструкция протонного источника с катодной иглой (1), в которой первый катод содержит вольфрамовый стержень с конусообразным острием. Длина стержня выбрана так, что острие оказывается внутри анода. Для ограничения прямого разряда между анодом и катодами в зазорах между ними введено несколько диафрагм под "плавающими" потенциалами.A known design of a proton source with a cathode needle (1), in which the first cathode contains a tungsten rod with a conical tip. The length of the rod is chosen so that the tip is inside the anode. To limit the direct discharge between the anode and cathodes, several diaphragms under “floating” potentials are introduced in the gaps between them.
Недостатком конструкции является ограничение среднего ионного тока величиной 0,5 миллиампера из-за разрушения изоляторов диафрагм при тепловых деформациях и при образовании углеродных закороток от крекинга вакуумного масла в объеме разрядной камеры ионного источника, возникающих при интенсификации режима работы ионного источника.The design drawback is the limitation of the average ion current to 0.5 milliamps due to the destruction of the diaphragm insulators during thermal deformations and the formation of carbon shorts from cracking of the vacuum oil in the volume of the discharge chamber of the ion source, arising from the intensification of the ion source operation mode.
Прототипом изобретения является конструкция (2), которая состоит из соленоидальной катушки, надетой на немагнитную вакуумную камеру, внутри которой помещены первый магнитный полюс с центральным углублением, первый катод из нержавеющей стали в виде плоского диска с центральным углублением в виде стакана, примыкающий к первому магнитному полюсу, анода в виде пустотелого цилиндра, выполненного из нержавеющей стали, второго холодного катода в виде диска, выполненного из нержавеющей стали, по оси которого выполнено углубление с отверстием эмиссии в центре, своей выступающей частью вставленного в отверстие второго магнитного полюса, в первом магнитном полюсе, в первом холодном катоде и в вакуумной камере ионного источника выполнено сквозное отверстие, через которые пропущен стержень из тугоплавкого металла, один конец которого введен в разрядную камеру ионного источника, а второй конец соединен с механизмом, с помощью которого осуществляется перемещение стержня в прямом и обратном направлении вдоль оси разрядной камеры источника. Недостатком прототипа является ограниченный ресурс ионного источника из-за разрушения анодного изолятора при возникновении углеродных закоторок от продуктов крекинга вакуумного масла в объеме разрядной камеры ионного источника.The prototype of the invention is the construction (2), which consists of a solenoidal coil worn on a non-magnetic vacuum chamber, inside which is placed the first magnetic pole with a central recess, the first stainless steel cathode in the form of a flat disk with a central recess in the form of a cup adjacent to the first magnetic pole, the anode in the form of a hollow cylinder made of stainless steel, the second cold cathode in the form of a disk made of stainless steel, the axis of which is made a recess with a hole e In the center, with its protruding part inserted into the hole of the second magnetic pole, in the first magnetic pole, in the first cold cathode and in the vacuum chamber of the ion source, a through hole is made through which a rod of refractory metal is passed, one end of which is inserted into the discharge chamber of the ion source and the second end is connected to a mechanism by which the rod is moved in the forward and reverse direction along the axis of the discharge chamber of the source. The disadvantage of the prototype is the limited resource of the ion source due to the destruction of the anode insulator during the occurrence of carbon shorts from the products of cracking of vacuum oil in the volume of the discharge chamber of the ion source.
Поставленная задача достигается тем, что источник постоянного тока водородных ионов, поперечное сечение которого изображено на чертеже, состоит из соленоидальной катушки 4, надетой на змеевик водяного охлаждения 11, который одет на немагнитную вакуумную камеру 3, внутри которой помещены первый магнитной полюс 5 с центральным углублением, первый катод 6 из нержавеющей стали в виде плоского диска с центральным углублением в виде стакана, примыкающего к первому магнитному полюсу 5, анода 7 в виде пустотелого цилиндра, выполненного из нержавеющей стали с кольцевой перемычкой в середине и с двумя тонкостенными цилиндрами 12 из немагнитного тугоплавкого металла, при этом обеспечена затрудненная теплопередача между анодом и цилиндрами, второго холодного катода 8 в виде диска, выполненного из нержавеющей стали, по оси которого выполнено углубление с отверстием эмиссии в центре, своей выступающей частью вставленного в отверстие второго магнитного полюса 9, по оси первого магнитного полюса 5, в первом холодном катоде 6 и в вакуумной камере 3 ионного источника выполнено сквозное отверстие, через которые пропущен стержень 1 из тугоплавкого металла (стержневой катод), один конец которого введен в разрядную камеру ионного источника и является рабочей частью стержневого катода 1, а второй конец соединен с механизмом 2, с помощью которого осуществляется перемещение стержня в прямом и обратном направлении вдоль оси разрядной камеры источника.The problem is achieved in that the direct current source of hydrogen ions, the cross section of which is shown in the drawing, consists of a solenoidal coil 4, worn on a water cooling coil 11, which is dressed on a non-magnetic vacuum chamber 3, inside of which is placed the first magnetic pole 5 with a central recess , the first cathode 6 made of stainless steel in the form of a flat disk with a central recess in the form of a cup adjacent to the first magnetic pole 5, the anode 7 in the form of a hollow cylinder made of stainless steel she became steel with a ring jumper in the middle and with two thin-walled cylinders 12 of non-magnetic refractory metal, while this ensured difficult heat transfer between the anode and the cylinders, the second cold cathode 8 in the form of a disk made of stainless steel, along the axis of which a recess with an emission hole in in the center, with its protruding part of the second magnetic pole 9 inserted into the hole, along the axis of the first magnetic pole 5, a through opening is made in the first cold cathode 6 and in the vacuum chamber 3 of the ion source through which a rod 1 of refractory metal (rod cathode) is passed, one end of which is inserted into the discharge chamber of the ion source and is the working part of the rod cathode 1, and the second end is connected to the mechanism 2, by which the rod is moved in the forward and reverse direction along the axis of the discharge chamber of the source.
Специфика осциллирующего разряда в рассматриваемом ионном источнике заключается в том, что за счет осевых углублений в первом 5 и втором 9 магнитных полюсах магнитное поле на оси оказывается минимальным, что приводит к дрейфу осциллирующих электронов к оси источника, возникновению термоэмиссии с торца стержневого катода 1 и формированию интенсивного приосевого разряда.The specificity of the oscillating discharge in the ion source under consideration is that due to the axial recesses in the first 5 and second 9 magnetic poles, the magnetic field on the axis is minimal, which leads to a drift of the oscillating electrons to the source axis, thermal emission from the end of the rod cathode 1, and formation intense axial discharge.
Наряду с интенсивным осциллирующим приосевым разрядом в источнике всегда существует прямой неосциллирующий слаботочный разряд между анодом и катодами, а наличие в объеме разрядной камеры источника паров вакуумного масла вызывает осаждение углерода на всех деталях разрядной камеры. Поэтому тонкостенные цилиндры анода, нагреваемые плазмой разряда в процессе работы ионного источника, работают как ловушка вакуумного масла, предотвращая загрязнение деталей разрядной камеры источника.Along with an intense oscillating axial discharge in the source, there is always a direct non-oscillating low-current discharge between the anode and cathodes, and the presence of a vacuum oil vapor source in the volume of the discharge chamber causes carbon deposition on all parts of the discharge chamber. Therefore, thin-walled anode cylinders, heated by the discharge plasma during the operation of the ion source, act as a vacuum oil trap, preventing contamination of the parts of the discharge chamber of the source.
Экспериментальная проверка работы источника проводилась при постоянном токе водородных ионов 5 миллиампер.An experimental verification of the source operation was carried out at a constant current of hydrogen ions of 5 milliamps.
Использование заявляемого технического решения найдет применение на протонных ускорителях и протонных имплантерах, где необходимо работать при постоянном ионном токе в несколько миллиампер.The use of the claimed technical solution will find application on proton accelerators and proton implants, where it is necessary to work with a constant ion current of several milliamps.
ЛитератураLiterature
1. Лапицкий Ю.Я. Усовершенствование электростатического инжектора синхротрона на 7 ГэВ и разработка импульсных протонных источников с большим током. Дисстертация на соиск. уч. степ. к.т.н., М., 1971 г., с.63 и 75.1. Lapitsky Yu.Ya. Improvement of the 7 GeV synchrotron electrostatic injector and development of pulsed proton sources with high current. Dysestration for a job. student step. Ph.D., M., 1971, p. 63 and 75.
2. Лапицкий Ю.Я. Импульсный источник водородных ионов со стержневым холодным катодом. Патент №RU 2249880, С2 Н01J 27/04.2. Lapitsky Yu.Ya. Pulse source of hydrogen ions with a cold rod cathode. Patent No.RU 2249880, C2 H01J 27/04.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006104821/28A RU2308115C1 (en) | 2006-02-16 | 2006-02-16 | Direct-current hydrogen ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006104821/28A RU2308115C1 (en) | 2006-02-16 | 2006-02-16 | Direct-current hydrogen ion source |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2308115C1 true RU2308115C1 (en) | 2007-10-10 |
Family
ID=38953044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006104821/28A RU2308115C1 (en) | 2006-02-16 | 2006-02-16 | Direct-current hydrogen ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2308115C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106057614A (en) * | 2016-08-12 | 2016-10-26 | 兰州大学 | Cold-cathode penning ion source |
| CN108717927A (en) * | 2018-05-23 | 2018-10-30 | 宁波盘福生物科技有限公司 | Multichannel glow discharge Penning ion source device |
| RU2686668C1 (en) * | 2018-03-06 | 2019-04-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Hydrogen ions source in direct current mode with electrons oscillation and cold cathode in form of movable string |
| RU2776866C1 (en) * | 2021-11-16 | 2022-07-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Ion source of hydrogen ions in dc mode with automatic cathode string shift |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1465177A (en) * | 1973-05-15 | 1977-02-23 | Philips Electronic Associated | Ion source |
| US4135093A (en) * | 1978-01-24 | 1979-01-16 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Use of predissociation to enhance the atomic hydrogen ion fraction in ion sources |
| SU1625257A1 (en) * | 1989-03-20 | 1992-04-07 | Предприятие П/Я В-8315 | Pulse source of ions |
| US5675606A (en) * | 1995-03-20 | 1997-10-07 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Solenoid and monocusp ion source |
| RU2249880C2 (en) * | 2003-06-24 | 2005-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по Атомной Энергии | Pulsed hydrogen ion source with cold pin cathode |
| RU2256979C1 (en) * | 2003-10-27 | 2005-07-20 | Нархинов Валерий Прокопьевич | Penning-discharge plasma electron source using radially converging ribbon beams |
-
2006
- 2006-02-16 RU RU2006104821/28A patent/RU2308115C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1465177A (en) * | 1973-05-15 | 1977-02-23 | Philips Electronic Associated | Ion source |
| US4135093A (en) * | 1978-01-24 | 1979-01-16 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Use of predissociation to enhance the atomic hydrogen ion fraction in ion sources |
| SU1625257A1 (en) * | 1989-03-20 | 1992-04-07 | Предприятие П/Я В-8315 | Pulse source of ions |
| US5675606A (en) * | 1995-03-20 | 1997-10-07 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Solenoid and monocusp ion source |
| RU2249880C2 (en) * | 2003-06-24 | 2005-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по Атомной Энергии | Pulsed hydrogen ion source with cold pin cathode |
| RU2256979C1 (en) * | 2003-10-27 | 2005-07-20 | Нархинов Валерий Прокопьевич | Penning-discharge plasma electron source using radially converging ribbon beams |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106057614A (en) * | 2016-08-12 | 2016-10-26 | 兰州大学 | Cold-cathode penning ion source |
| RU2686668C1 (en) * | 2018-03-06 | 2019-04-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт теоретической и экспериментальной физики имени А.И. Алиханова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" | Hydrogen ions source in direct current mode with electrons oscillation and cold cathode in form of movable string |
| CN108717927A (en) * | 2018-05-23 | 2018-10-30 | 宁波盘福生物科技有限公司 | Multichannel glow discharge Penning ion source device |
| CN108717927B (en) * | 2018-05-23 | 2024-03-19 | 宁波盘福生物科技有限公司 | Multichannel glow discharge penning ion source device |
| RU2776866C1 (en) * | 2021-11-16 | 2022-07-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Ion source of hydrogen ions in dc mode with automatic cathode string shift |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160133426A1 (en) | Linear duoplasmatron | |
| RU2004101768A (en) | PLASMA ACCELERATOR | |
| JP2020509539A5 (en) | ||
| WO2012138311A1 (en) | Vacuum-arc evaporator for generating a cathode plasma | |
| US7624566B1 (en) | Magnetic circuit for hall effect plasma accelerator | |
| RU2167466C1 (en) | Plasma ion source and its operating process | |
| RU2308115C1 (en) | Direct-current hydrogen ion source | |
| US20070034501A1 (en) | Cathode-arc source of metal/carbon plasma with filtration | |
| JPS6037700A (en) | Anionic ion source | |
| Burdovitsin et al. | A plasma-cathode electron source for focused-beam generation in the fore-pump pressure range | |
| TW201737285A (en) | Indirectly heated cathode ion source and repeller for use within an ion source chamber | |
| CN108419356A (en) | Method and ion source apparatus for promoting the cyclotron internal ion-source service life | |
| RU2249880C2 (en) | Pulsed hydrogen ion source with cold pin cathode | |
| JP2010251323A (en) | Ion source for generating particle beam, electrode for ion source, and method for introducing ionized gas into ion source | |
| Belchenko et al. | Development of surface-plasma negative ions sources at the Budker Institute of nuclear physics | |
| RU2671960C1 (en) | Pulse source of hydrogen ions with electron oscillation in a inhomogeneous longitudinal magnetic field | |
| RU2231162C2 (en) | Source with cathode cone of high-frequency pulses of ions of hydrogen | |
| RU2209483C2 (en) | Electron-and-ion source | |
| RU2699765C1 (en) | Axial electron gun | |
| RU2098883C1 (en) | Proton pulse source with cathode cone | |
| RU2371803C1 (en) | Plasma ion source | |
| RU2686668C1 (en) | Hydrogen ions source in direct current mode with electrons oscillation and cold cathode in form of movable string | |
| JP2016085963A (en) | Method and device for generating electrical discharge | |
| JP4534078B2 (en) | Arc discharge cathode and ion source | |
| RU159300U1 (en) | ELECTRONIC SOURCE WITH PLASMA EMITTER |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100217 |