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Abstract

Da es noch keine Ionenquelle für hohe Ionenströme mit sonst allgemein guten Eigenschaften gibt, soll nach günstigen Methoden zur Stromsteigerung von Ionenquellen gesucht werden.

Grundlegende Überlegungen über die prinzipielle Arbeitsweise von Ionenquellen ergeben zunächst, daß besonders die Verbesserung des Extraktionsvorgangs wichtig ist. Weiterhin zeigen diese Überlegungen, daß vor allem diejenigen Ionenquellen, bei denen die Ionen mittels einer Sonde aus dem Plasma einer Gasentladung entnommen werden, als Grundlage für die Entwicklung von stromstarken Ionenquellen gut geeignet sind. Aus diesem Grunde wird die Hochcfrequenzionenquelle, die beste Ionenquelle mit Sondenextraktion, als Ausgangspunkt für die Untersuchungen genommen.

Die Untersuchung der Ionenbahnen im Kanal bei der HF-Ionenquelle nach Thonemann und Mitarbeiter zeigt, daß sich im oberen Teil des Kanals eine Einschnürung des Strahlengangs befindet, und daß bei dem Extraktionsvorgang die Plasmagrenze durch das Ionenextraktionssystem gewissermaßen ionenoptisch abgebildet wird. Aus diesen Einsichten ergibt sich eine Reihe von Verbesserungen. Die ionenoptische Konzentration des Strahls durch eine Beschleunigungslinse im Kanal bringt eine Stromerhöhung um das 3,5fache. Eine bessere Anpassung der Kanalform an den Strahlengang durch Anbringen einer als Kanalblende bezeichneten Verengung ergibt außer einer Herabsetzung des Gasverbrauchs bis auf den fünften Teil auch noch eine Stromerhöhung um den Faktor 1,5 bis 2. Durch Konzentration des aus der Kanalblende austretenden Ionenstrahls mittels einer elektrischen Einzellinse (Ionenkondensor) wird eine Erhöhung des nutzbaren Ionenstroms um den Faktor 2 bis 3 erzielt. Die ionenoptische Auffassung der Sondenextraktion ermöglicht die Ableitung eines Ähnlichkeitsgesetzes für Ionenextraktionssysteme. Zwei weitere Ähnlichkeitsgesetze für Ionenquellen werden angegeben. Bei Senderleistungen von 260 W werden Ionenströme von 6 mA bei einem Gasverbrauch von 10 cm3/h erzielt. 40% der durch den Kanal hindurchtretenden Teilchen sind nachbeschleunigbare Ionen. Untersuchungen mit Ionenextraktions-systemen verschiedener Form zeigen, daß die Gestalt des Systems keinen grundlegenden Einfluß auf die Formierung des Ionenbündels und die Höhe des nutzbaren Ionenstroms ausübt. Das die Plasmagrenze abbildende Feld ist ein Raumladungsfeld, dessen Potentialverlauf im wesentlichen durch die Raumladungen der Ionen und nicht durch die Begrenzungen des Systems bedingt zu sein scheint. Auf Grund dieser Vorstellung werden quantitative Zusammenhänge der charakteristischen Betriebsdaten einer Ionenquelle abgeleitet.