DE1044295B

DE1044295B - Ion source

Info

Publication number: DE1044295B
Application number: DEH28747A
Authority: DE
Inventors: Raymond George Herb
Original assignee: High Voltage Engineering Corp
Current assignee: High Voltage Engineering Corp
Priority date: 1956-01-27
Filing date: 1956-12-06
Publication date: 1958-11-20
Also published as: GB808236A; NL213062A; CH358515A; FR1165210A; BE553596A; NL102697C; US2809314A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Anordnung bezieht sich auf eine Ionenquelle, bei der erfindungsgemäß eine Spitzenelektrode angeordnet ist, in deren hohlen Schaft das zu ionisierende Gas unter hohem Druck eingeführt ist und bei der ein sehr hohes elektrisches Feld das durch die Wandung der Elektrode diffundierende Gas nach Erreichen der Elektrodenspitze ionisiert.The arrangement relates to an ion source in which a tip electrode is arranged according to the invention is, in whose hollow shaft the gas to be ionized is introduced under high pressure and at a very high electric field the gas diffusing through the wall of the electrode after reaching the electrode tip ionizes.

Obwohl die Anordnung nicht auf eine besondere Anwendung beschränkt ist, ist eine Ionenquelle der vorliegenden Art besonders geeignet für den Gebrauch in Teilchenbeschleunigern, da sie einen Ionenstrahl vorsieht, der sehr genau fokussiert und ausgerichtet werden kann und eine Verminderung der Größe der Beschleunigungsspannungen und die Erzeugung eines besseren Röhrenvakuums gestattet. Diese Verbesserungen führen ihrerseits zu einer Verminderung des Langröhreneffektes und einer besseren Abschirmung des Strahles gegen statische Einflüsse in der Beschleunigungsröhre. Although the arrangement is not limited to a particular application, an ion source is The present type is particularly suitable for use in particle accelerators as it uses an ion beam provides that can be focused and aligned very precisely and a reduction in the size of the Accelerating voltages and the creation of a better tube vacuum allowed. These improvements in turn lead to a reduction in the long-tube effect and better shielding of the beam against static influences in the acceleration tube.

Die Ionenquelle weist einen im wesentlichen monoenergetischen Ionenstrahl auf. Bei den üblichen Ionenquellen werden die Ionen mittels einer Entladung durch ein Gas gebildet, und die Spannungen, die nötig sind, um die Entladung zu erzeugen, beschleunigen auch die Ionen um verschiedene Beträge und verursachen damit eine größere Energiestreuung, z. B. haben die meisten Kapillarbogenquellen eine Energiestreuung von mehr als 10 Elektronenvolt. In der vorliegenden Ionenquelle ist dagegen die einzige Energiestreuung diejenige infolge der thermischen Bewegung des Gases an der Spitze der Spitzenelektrode, die etwa V40 Elektronenvolt betragen kann und damit derjenigen einer Elektronenquelle vergleichbar ist.The ion source has an essentially monoenergetic ion beam. With the usual ion sources the ions are formed by means of a discharge through a gas, and the voltages required are to create the discharge, the ions also accelerate by different amounts and cause thus a greater energy spread, z. B. most capillary arc sources have an energy spread of more than 10 electron volts. In the present ion source, on the other hand, is the only energy spread the one due to the thermal movement of the gas at the tip of the tip electrode, which is about V40 can be electron volts and is therefore comparable to that of an electron source.

Eine Ionenquelle der vorliegenden Art ist geeignet, einen im wesentlichen gut ausgerichteten Ionenstrahl zu erzeugen_r da jedes Ion des Strahles von einer Stelle eines sehr kleinen Bereiches kommt und jedes in eine Richtung in einem sehr kleinen Winkel austritt. Trotz der Kleinheit des Emissionsbereiches sind beträchtliche Ionenströme möglich infolge der hohen Emissionsfähigkeit der Ionenquelle, dabei ist die »Emissionsfähigkeit« ein Maß für die Zahl der Ionen, die pro Flächeneinheit der Emissionsoberfläche ausgestrahlt werden. Eine Kapillarbogenquelle erzeugt z. B. einen Ionenstrahl, dessen Ionen von einer Fläche von ungefähr 1 mm² stammen und dessen Ströme im Bereich von 1 mA liegen; so ist die Emissionsfähigkeit ungefähr 0,1 A/cm². Bei der vorliegenden Ionenquelle dagegen kann z. B. die Emissionsfläche 6,3 · 10~¹⁰ cm² klein sein, so daß ein Strom von 1 μΑ eine Emissionsfähigkeit von 1600 A/cm² geben würde. Die Winkelgrenze der emittierten Ionen ist proportional dem Verhältnis der Größe der willkürlichen Geschwindigkeiten, welche die Ionen in der Quelle IonenquelleAn ion source of the present type is suitable to produce a substantially well-aligned ion beam _r as each ion of the beam from a position of a very small area and each is leaking in a direction at a very small angle. Despite the small size of the emission area, considerable ion currents are possible due to the high emissivity of the ion source. The »emissivity« is a measure of the number of ions that are emitted per unit area of the emission surface. A capillary arc source generates e.g. B. an ion beam whose ions originate from an area of approximately 1 mm ² and whose currents are in the range of 1 mA; so the emissivity is about 0.1 A / cm ² . In the present ion source, however, z. B. the emission area 6.3 · 10 ~ ¹⁰ cm ² small, so that a current of 1 μΑ would give ^{an emissivity of 1600 A / cm 2.} The angular limit of the emitted ions is proportional to the ratio of the magnitude of the arbitrary velocities which the ions in the source ion source

Anmelder:Applicant:

High Voltage Engineering Corporation, Cambridge, Mass. (V. St. A.)High Voltage Engineering Corporation, Cambridge, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt, Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27Representative: Dipl.-Ing. H. Görtz, patent attorney, Frankfurt / M., Schneckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 27. Januar 1956Claimed priority: V. St. v. America January 27, 1956

Raymond George Herb, Madison, Wis. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt wordenRaymond George Herb, Madison, Wis. (V. St. A.), has been named as the inventor

haben, zu dem Gradienten der Beschleunigungsspannung an der Quelle. Wie schon früher bemerkt, sind die willkürlichen Geschwindigkeiten der Ionenquelle sehr klein, des weiteren ist der Beschleunigungsspannungsgradient an der Quelle im Bereich von 10⁸ V/cm und überschreitet damit weit die Gradienten in gewöhnlichen Quellen. Der hohe Anfangsgradient unterstützt weiter die Erzeugung eines gut ausgerichteten Strahls, und damit wird die Wirkung der Raumladung vermindert.have to the gradient of the accelerating voltage at the source. As noted earlier, the arbitrary speeds of the ion source are very small, and the acceleration voltage ^{gradient at the source is in the range of 10 8} V / cm and thus far exceeds the gradients in common sources. The high initial gradient further assists in the creation of a well-aligned beam and thus the effect of the space charge is reduced.

Es ist ferner möglich, die vorliegende Ionenquelle im Impulsbetrieb zu verwenden, und unter Verwen-. dung kurzer elektrischer Impulse können verhältnismäßig hohe Momentanströme erzeugt werden. Eine einfache Rechnung zeigt, daß genügend Atome an der Spitze der Nadel sind, um einen kurzen hohen Stromimpuls zu erzeugen. Wenn man annimmt, daß die Gasschicht an der Spitze 1 Atom dick und die Spitze eine Halbkugel mit einem Radius von 5 · 10~⁵ cm ist, wenn das Impulsintervall 1O^-9 Sekunden beträgt, kann der Strom im Bereich von 10 mA liegen. Des weiteren gestattet die rasche Auffüllung des Gases an der Spitze eine hohe Impulswiederholgeschwindigkeit.It is also possible to use the present ion source in the pulse mode, and using. Using short electrical impulses, relatively high instantaneous currents can be generated. A simple calculation shows that there are enough atoms at the tip of the needle to generate a short, high pulse of current. Assuming that the gas layer and the tip of a hemisphere is at the top 1 atomic thick with a radius of 5 x 10 ~ ⁵ cm, when the pulse interval is 1O ^-9 seconds, the current may be in the range of 10 mA. Furthermore, the rapid filling of the gas at the tip allows a high pulse repetition rate.

Der Vorgang der Feldemission, durch welche beachtliche Strommengen sogar bei niedriger Temperatur aus Metallen durch die Verwendung eines sehr hohen elektrischen Feldes an der Oberfläche abgezogen werden können, ist schon seit 1897 in Verbindung mit Elektrodenemission bekannt. Kürzlich wurde nun das Phänomen der Feldemission in Verbindung mit posi-The process of field emission, through which considerable amounts of electricity even at low temperatures stripped from metals through the use of a very high electric field on the surface has been in contact with since 1897 Electrode emission known. Recently the phenomenon of field emission in connection with positive

809 679ß86809 67986

tiven Ionen beobachtet. Die Feldemission von Ionen unterscheidet sich von derjenigen von Elektronen dadurch, daß das Metall, an dessen Oberfläche das hohe elektrische Feld auftritt, im allgemeinen keinen Ionenvorrat aufweist, der mit der großen Vielzahl von be-= weglichen Elektronen verglichen werden kann, die für die Elektronenemission verfügbar sind. Infolgedessen ist das Hauptproblem bei der Erzeugung der Feldemission von Ionen von einer metallischen Spitze das Heranbringen von Atomen oder Molekülen an die Spitze, welche durch ein hohes elektrisches Feld ionisiert werden. Das Problem wird in dem Fall einer Ionenquelle für Teilchenbeschleuniger und ähnlichen Vorrichtungen noch schwieriger durch die Notwendigkeit der kontinuierlichen Erneuerung der ionisierbaren Atome oder Moleküle an der Spitze. Obwohl begrenzte Ströme mit Metallspitzen eines speziellen Materials und mit Metallen, in welchen Wasserstoffgas absorbiert worden ist, erreicht worden sind, wurde die Konstruktion einer praktischen Ionenquelle durch ungenügende Erneuerung des ionisierbaren Materials an der Emissionsspitze zunichte gemacht.tive ions observed. The field emission of ions differs from that of electrons in that that the metal, on the surface of which the high electric field occurs, generally has no ion store which can be compared with the large number of mobile electrons that are available for electron emission. As a result, the main problem in generating the Field emission of ions from a metallic tip is the bringing of atoms or molecules to the Tips, which are ionized by a high electric field. The problem becomes in the case of a Ion source for particle accelerators and similar devices made even more difficult by the need the continuous renewal of the ionizable atoms or molecules at the top. Even though limited currents with metal tips of a special material and with metals in which hydrogen gas has been achieved, the construction of a practical ion source has been achieved nullified by insufficient renewal of the ionizable material at the emission tip.

Bei der vorliegenden Anordnung wird die notwendige Erneuerung des ionisierbaren Materials an der Emissionsspitze vorgesehen durch die Verwendung einer unter hohem Druck mit Gas gefüllten Spitzenelektrode und in einigen Fällen auch durch Erhitzung dieser Elektrode. Es wird dabei von zwei Phänomenen Gebrauch gemacht: erstens der Fähigkeit, bestimmte Gase oder Metalle unter gewissen Bedingungen zu durchdringen, zweitens von der Tatsache, daß das Gas, welches durch das Metall zu dessen Oberfläche durchgedrungen ist, unter gewissen Umständen dort verbleibt und eine Schicht von Molekülen bildet, welche an der Oberfläche des Metalls entlang strömen können. Demgemäß diffundiert das Gas, welches bei hohem Druck in der Spitzenelektrode ist, durch die Wandungen der Elektrode an deren Außenfläche. Man möchte annehmen, daß der Gasstrom an der Elektrodenspitze infolge der Tatsache sehr beschränkt ist, daß die Dicke der Elektrodenspitze verhältnismäßig groß sein muß, um die erforderliche mechanische Festigkeit zu haben. Jedoch muß das Gas infolge des zweiten obenerwähnten Phänomens nicht durch diesen dicken Teil der Elektrode strömen, um die Spitze zu erreichen, statt dessen strömt es durch die dünne Wandung der Elektrode und bildet eine Schicht von Molekülen an der Außenfläche und fließt dann an der Außenfläche entlang zur Spitze. Auf diese Weise wird das Gas, welches von der Emissionsspitze durch ein intensives elektrisches Feld abgezogen wird, durch die Oberflächenströmung erneuert, deren Größe ausreicht, um das Gas an der Spitze bei hoher Emissionsgeschwindigkeit, die im praktischen Gebrauch erforderlich ist, zu ergänzen.With the present arrangement, the necessary renewal of the ionizable material on the Emission tip provided by the use of a high pressure gas filled tip electrode and in some cases by heating this electrode. It is made up of two phenomena Made use of: firstly the ability to use certain gases or metals under certain conditions penetrate, secondly, from the fact that the gas which passes through the metal to its surface has penetrated, remains there under certain circumstances and forms a layer of molecules, which can flow along the surface of the metal. Accordingly, the gas diffuses which at high pressure in the tip electrode, through the walls of the electrode on its outer surface. Man would like to assume that the gas flow at the electrode tip is very limited due to the fact that the thickness of the electrode tip must be relatively large to the required mechanical To have strength. However, the gas does not have to pass due to the second phenomenon mentioned above flow through that thick part of the electrode to reach the tip, instead it flows through the thin wall of the electrode and forms a layer of molecules on the outer surface and then flows on along the outer surface to the tip. In this way, the gas coming from the emission peak will pass through an intense electric field is withdrawn, renewed by the surface current, the size of which is sufficient, around the gas at the top at the high emission speed required in practical use is to supplement.

Natürlich müssen das gewählte Gas und das Material, aus dem die Spitzenelektrode gebildet ist, so sein, daß das Gas durch die Wandung hindurchfließen kann. Ein solches Gas, welches auch am häufigsten bei Ionenquellen für Teilchenbeschleuniger verwendet wird, ist nun Wasserstoff einschließlich seinen Isotopen Deuterium und Tritium. Die meisten Metalle sind für Isotopen von Wasserstoff durchlässig und insbesondere Palladium, und aus diesem Grunde ist dieses ein bevorzugtes Material für die Spitzenelektrode. Palladium hat jedoch eine niedrige Zugfestigkeit, und so ist es im Hinblick auf die große Kraft, die durch das intensive elektrische Feld auf die Elektrode ausgeübt wird, in manchen Fällen wünschenswert, ein härteres Metall zu verwenden, wie Eisen oder Nickel.Of course, the gas chosen and the material from which the tip electrode is formed must be such that the gas can flow through the wall. One such gas, which is also most frequently used in ion sources for particle accelerators, is now hydrogen including its isotopes deuterium and tritium. Most metals are for Isotopes of hydrogen permeable and especially palladium, and for this reason this is one preferred material for the tip electrode. However, palladium has low tensile strength, and so it is with regard to the great force exerted on the electrode by the intense electric field it becomes desirable in some cases to use a harder metal such as iron or nickel.

Kupfer dagegen hat eine verhältnismäßig niedrige Durchlässigkeit für Isotopen des Wasserstoffs, und so können die Teile, durch welche das Gas der Elektrode zugeführt wird, üblicherweise aus Kupfer hergestellt werden.Copper, on the other hand, has a relatively low permeability for isotopes of hydrogen, and so on For example, the parts through which the gas is supplied to the electrode can usually be made of copper will.

Wie aus der folgenden ausführlichen Beschreibung hervorgeht, ist eine Ionenquelle der vorliegenden Art mechanisch einfach. Des weiteren ist der Gasstrom, der zur Schaffung eines gegebenen Protonenflusses notwendig ist, geringer als derjenige, der in den üblichen Ionenquellen benötigt wird.As will be apparent from the detailed description that follows, an ion source of the present type mechanically simple. Furthermore, the gas flow is responsible for creating a given flow of protons necessary is less than that which is required in the usual ion sources.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung zu entnehmen. Es zeigtFurther features, advantages and possible applications of the invention can be found in the following description in connection with the drawing. It shows

Fig. 1 die Ansicht eines mittleren Abschnittes einer Ausführungsform der Erfindung,Fig. 1 is a view of a central portion of an embodiment of the invention,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Spitzenelektrode,FIG. 2 is an enlarged view of the tip electrode shown in FIG. 1;

Fig. 3 den elektrischen Stromkreis zusammen mit dem Gerät der Fig. 1,Fig. 3 shows the electrical circuit together with the device of Fig. 1,

Fig. 4 in einer ähnlichen Ansicht wie in Fig. 2 eine Abwandlung des Geräts nach Fig. 2,FIG. 4 shows, in a view similar to that in FIG. 2, a modification of the device according to FIG. 2,

Fig. 5 in einer ähnlichen Ansicht wie in Fig. 2 eine andere Abwandlung des Geräts nach Fig. 2 und5 shows another modification of the device according to FIG. 2 and in a view similar to that in FIG. 2

Fig. 6 in einer ähnlichen Ansicht wie in Fig. 2 ein Gerät zur Erzeugung eines impulsförmigen Ionenstrahls. 6 shows, in a view similar to FIG. 2, a device for generating a pulse-shaped ion beam.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 weist die darin gezeigte Ionenquelle eine evakuierte Kammer 1 auf, welche eine Spitzenelektrodenanordnung2 und ein Beschleunigungslinsensystem 3, 4, 5 aufweist.With reference to Fig. 1, the ion source shown therein comprises an evacuated chamber 1, which is a tip electrode assembly 2 and an accelerating lens system 3, 4, 5.

Die Kammer 1 besteht aus einer Isoliersäule aus Isolierringen 6j die durch dünne ringförmige Elektroden 7 getrennt und gegen diese abgedichtet sind, und einem Flansch 8. Metallringe 9 greifen über die scharfen Kanten der hervorstehenden Elektroden 7, um Funken- und Koronaerscheinungen an diesen scharfen Kanten zu verhindern. Nicht dargestellte Widerstände können zwischen benachbarten Elektroden 7 vorgesehen sein, um die gewünschte Potentialverteilung entlang der Säule zu schaffen und die Bildung irgendwelcher hoher, lokalisierter Potentialgradienten zu verhindern, welche einen Zusammenbruch des Potentials verursachen könnten.The chamber 1 consists of an insulating column of insulating rings 6j which are separated and sealed against them by thin annular electrodes 7, and a flange 8. Metal rings 9 grip over the sharp edges of the protruding electrodes 7 to access sparks and corona phenomena at these sharp edges impede. Resistors (not shown) can be provided between adjacent electrodes 7 in order to create the desired potential distribution along the column and to prevent the formation of any high, localized potential gradients which could cause a collapse of the potential.

Die Spitzenelektrode und deren Halterung 2 sind in Fig. 2 ausführlich veranschaulicht. Eine KupferröhreThe tip electrode and its holder 2 are illustrated in detail in FIG. A copper tube

10 von 6,2 mm Durchmesser ist in dem Flansch 8 (Fig. 1) mittels Silber eingelötet. Das Ende der Kupferröhre 10 ist ausgebohrt, und eine Kupferspitze10 of 6.2 mm diameter is soldered in the flange 8 (Fig. 1) by means of silver. The end of Copper tube 10 is bored out, and a copper tip

11 ist in die ringförmige Aussparung 12 in dem Kupferrohr 10 eingesetzt und dort mittels Silber angelötet. Die eigentliche Elektrode 13 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, in dem Teil 11 mittels Silber angelötet. Es soll betont werden, daß die vorliegende Anordnung nicht auf die gezeigte besondere Spitzenelektrodenanordnung beschränkt ist, sondern auch jede andere geeignete Anordnung mit einer Spitze einschließt, z.B. können die Röhre 10 und die Spitzeil aus einer einzelnen Kupferstange hergestellt werden, dabei wird die Anzahl der Silberlötstellen vermindert. Das zu ionisierende Gas wird von einer geeigneten Gasquelle 14 unter hohem Druck in die Spitzenelektrodenanordnung2 geleitet. Die Elektrode 13 selbst besteht aus einem Material, welches gegenüber dem Gas aus der Gasquelle 14 durchlässig ist, und so ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die Wand, durch welche das Gas strömen wird, derjenige Teil der Elektrode 13, der sich vom Ende des Teils 11 bis fast zur Spitze 15 erstreckt. Wenn z. B. die Elektrode 13 eine Stange yon 0,16 cm11 is inserted into the annular recess 12 in the copper tube 10 and soldered there by means of silver. The actual electrode 13 is, as shown in FIG. 2, soldered in part 11 by means of silver. It It should be emphasized that the present arrangement does not apply to the particular tip electrode arrangement shown but also includes any other suitable apex arrangement, for example, the tube 10 and tip can be made from a single copper rod, thereby the number of silver solder points is reduced. The gas to be ionized is from a suitable gas source 14 under high pressure into the tip electrode assembly 2 directed. The electrode 13 itself consists of a material which is opposite to the gas from the Gas source 14 is permeable, and so, as can be seen from Fig. 2, is the wall through which the gas flows that part of the electrode 13 which extends from the end of the part 11 to almost the tip 15. If z. B. the electrode 13 a rod of 0.16 cm

Durchmesser und 2 cm lang ist und wenn ein Loch von 0,079 cm Durchmesser gebohrt ist, wie in Fig. 2 gezeigt, hat die Elektrode 13 eine Innenfläche von ungefähr ¹It cm² als Durchdringungsfläche zur Verfügung, während die Wandstärke ungefähr 0,045 cm beträgt.Diameter and 2 cm long, and when a hole 0.079 cm in diameter is drilled, as shown in Fig. 2, the electrode 13 has an inner area of about ¹ cm ^{2 available} as a penetration area, while the wall thickness is about 0.045 cm.

Durch hohen Druck wird nun erreicht, daß das Gas durch die Wand der Elektrode 13 so diffundiert, daß es an die Außenfläche gelangt und, indem es an derBy high pressure it is now achieved that the gas diffuses through the wall of the electrode 13 so that it reaches the outer surface and, by attaching it to the

wurden, waren fast Paraboloide. Das gleiche Verfahren kann auch zum Ätzen von Palladiumspitzen verwendet werden.were almost paraboloids. The same process can also be used to etch palladium tips be used.

Im allgemeinen ist es zweckmäßig, die emittierten Ionen in einen Strahl zu fokussieren, und deshalb ist in Strahlrichtung vor der Spitzenelektrode ein Linsensystem mit den Elektroden 3, 4, 5 angeordnet, notwendig ist aber ein solches Linsensystem nicht. DasIn general, it is convenient to focus the emitted ions into a beam, and therefore is A lens system with electrodes 3, 4, 5 arranged in front of the tip electrode in the direction of the beam is necessary but such a lens system is not. That

Eisenspitzen wurden dabei in einer Molarlösung von Kaliumchlorat, das in einer 30%igen Salzsäurelösung gelöst ist, geätzt. Eine Nickelwendel von 5,1 cm Durchmesser wurde bei dem Ätzvorgang zur einen 5 Elektrode gemacht und die zu ätzende Emissionsspitze zur anderen, dabei wurde ein 60periodiger Wechselstrom von ungefähr 10 V Spannung verwendet. Die Spitze war eine kurze Zeit lang geätzt, mikroskopisch nachgeprüft und dann weiter geätzt, bis der RadiusIron tips were in a molar solution of potassium chlorate that in a 30% hydrochloric acid solution is solved, etched. A nickel coil with a diameter of 5.1 cm was used in the etching process 5 electrode made and the emission tip to be etched to the other, thereby creating a 60-period alternating current of approximately 10V voltage is used. The tip was etched for a short time, microscopically checked and then further etched until the radius

Außenfläche entlang fließt, die Emissionsspitze 15 er- io bei etwa 3-1O^-5Cm gerade die Auflösungsgrenze des reicht. Wenn nicht, kann die Temperatur der Elek- Mikroskops überschritt. Die Spitzen, welche geätzt trode 13 mittels einer Heizspule 16, welche durch eine
Spannungsquelle 17 gespeist wird, erhöht werden,
damit die hohe Durchlässigkeit erreicht wird. Dabei
stellt die Heizspule 16 ein Elektrodenemissionsglied 15
dar, das die Elektrode 13 mit Elektronen beschießt
und so die Temperatur der Elektrode 13 erhöht. _ -Flows along the outer surface, the emission peak 15 erio at about 3-1O ^-5 cm just the resolution limit of the range. If not, the temperature of the electromicroscope may have exceeded. The tips, which are etched trode 13 by means of a heating coil 16, which is through a
Voltage source 17 is fed, be increased,
so that the high permeability is achieved. Included
the heating coil 16 provides an electrode emission member 15
represents that the electrode 13 bombarded with electrons
and so the temperature of the electrode 13 is increased. _ -

Wenn die Elektrode 13 des vorstehenden Beispiels aus Palladium hergestellt ist und wenn Wasserstoff inWhen the electrode 13 of the above example is made of palladium and when hydrogen is in

den Schaft der Elektrode bei einer Temperatur von 20 dargestellte Linsensystem 3, 4, 5 der Fig. 1 ist eine 300° K und einem Druck von 105 kg/cm² zusätzlich zylinderförmige Einzellinse, die die drei Linsenelekzu dem an der Außenseite der Elektrode herrschenden troden 3, 4 und 5 aufweist, welche je aus einer naht-Druck eingeführt wird, kann der Durchsatz pro Se- losen Stahlröhre mit einer Wandung von 0,16 cm herkunde durch eine Wand mit 1 · 10—⁵ cm³/sec berechnet gestellt sind, dabei ist jede poliert und an den Enden werden. Dieser Durchsatzmenge entspricht ein Strom 25 sorgfältig abgerundet. Die Elektroden sind in 0,076 cm von 100 μΑ. Wenn die Elektrode 13 dagegen aus Eisen dicken rostfreien Stahlringen 18 befestigt, welche von besteht und wenn Wasserstoff bei einer Temperatur den Elektroden 7 der Kammer 1 getragen werden, von 500° K und einem Druck von 105 kg/cm² zusatz- Der elektrische Stromkreis für das Linsensystem 3.,The lens system 3, 4, 5 of Fig. 1 shown the shaft of the electrode at a temperature of 20 is a 300 ° K and a pressure of 105 kg / cm ² additional cylindrical single lens, which trode the three lens electrodes to the one on the outside of the electrode 3, 4 and 5 has, which each consist of a seam-pressure is introduced, the throughput per second can-less steel tube with a wall of 0.16 cm herkunde by a wall with 1 x 10 ⁵ cm ³ / sec are provided calculated , each one is polished and on the ends. A stream 25, carefully rounded, corresponds to this throughput rate. The electrodes are 0.076 cm by 100 μΑ. If, on the other hand, the electrode 13 is attached to iron thick stainless steel rings 18, which consists of and when hydrogen is carried to the electrodes 7 of the chamber 1 at a temperature of 500 ° K and a pressure of 105 kg / cm ² additional - the electrical circuit for the lens system 3.,

Hch zu dem Druck, der an der Außenseite der Elek- 4, 5 ist in Fig. 3 gezeigt. Die Elektroden 3 und 5 sind trode 13 herrscht, in die Elektrode 13 eingeführt wird, 30 geerdet, und von der Hochspannungsquelle 19 ist eine kann der Durchsatz pro Sekunde auf 2 · 10~⁹ cm³/sec Spannung von z.B. 50'kV an die Elektrode 13 angelegt, berechnet werden. Dieser Durchsatzmenge entspricht welche positiv oder negativ gegenüber den anderen ein Strom von 0,02 μΑ. So liefert eine Palladium- Elektroden sein kann, je nachdem, ob die Ionenquelle spitze leicht die notwendigen Durchsatzmengen, wäh- positive oder negative Ionen liefern soll. Die mittlere rend eine Eisenspitze erhitzt werden muß, um ihre 35 Elektrode 4 ist auf ein Potential zwischen Erde und Durchlässigkeit zu steigern. dem Potential der Spitzenelektrode mittels einesThe pressure on the outside of the electrodes 4, 5 is shown in FIG. The electrodes 3 and 5 are trode 13 prevails, into which electrode 13 is inserted, 30 grounded, and from the high voltage source 19 the throughput per second can be increased to 2 · 10 ~ ⁹ cm ³ / sec voltage of eg 50'kV to the Electrode 13 applied, can be calculated. This throughput amount corresponds to which positive or negative compared to the other a current of 0.02 μΑ. This is how a palladium electrode can be delivered, depending on whether the ion source should easily deliver the necessary throughput quantities, positive or negative ions. The middle end of an iron tip has to be heated in order to raise its electrode 4 to a potential between earth and permeability. the potential of the tip electrode by means of a

Das Gas, welches an der Emissionsspitze 15 an- Spannungsteilers 20 gelegt. Wenn ein impulsförmiger kommt, wird durch ein sehr hohes elektrisches Feld Ionenstrahl gewünscht wird, kann dieHochspannungsionisiert, das durch ein Hochspannungspotential quelle 19 entweder selbst eine geeignete Vorrichtung zwischen der Spitze 15 und dem Linsensystem 3, Ί, 5 40 dazu aufweisen, oder es kann irgendeine andere Imerzeugt wird. Das elektrische Feld wird größer, wenn pulsvorrichtung verwendet werden, der Potentialunterschied größer wird und wenn der Die Gründe für die Anordnung einer zylinder-The gas which is applied to the voltage divider 20 at the emission tip 15. If a pulsed ion beam comes, is desired by a very high electric field, the high-voltage ionized by a high-voltage potential source 19 can either have a suitable device itself between the tip 15 and the lens system 3, Ί, 5 40, or it can be any other Ime is generated. The electric field increases when pulse devices are used, the potential difference increases and when the

Krümmungsradius der Spitze 15 abnimmt. Die maxi- förmigen elektrostatischen Einzellinse sind: (1) Einmale Größe der Spitze 15 hängt also von dem be- fachheit der Konstruktion und eine einzige Spannungsnötigten elektrischen Feld und der vorhandenen Poten- 45 quelle 19 für die Emissionsspannung und für die tialdifferenz ab. Linsenspannung; (2) wenn die Linsenspannung einThe radius of curvature of the tip 15 decreases. The maxi-shaped electrostatic single lenses are: (1) Single The size of the tip 15 therefore depends on the simplicity of the construction and a single voltage required electric field and the existing potential source 19 for the emission voltage and for the tial difference. Lens tension; (2) when the lens tension is on

Feldstärken von (2 bis 6) -10⁸VZCm sind notwendig Teil der Emissionsspannung ist, hängt die Brennweite für einen einwandfreien Betrieb der Ionenquelle. Eine der Linse nicht von der an die Emissionsspitze angegenaue Berechnung der an einer gegebenen Emissions- legten Spannung ab. Um die Linse mit einer variablen spitze auftretenden Feldstärke kann nach einer 50 Brennweite zu versehen, wird die Spannung für die Methode vorgenommen werden, welche annimmt, daß Linse von der gleichen Hochspannungsquelle 19 durch die Form der Spitze als eine Kugel auf einem Kegel den Spannungsteiler 20 abgenommen. So ist die betrachtet werden kann. Jedoch genügt auch eine Brennweite der Linse durch das Einstellen des Poten-Rechnung, welche die Spitze als ein Paraboloid an- tiometers 20 bestimmt. Wenn einmal diese Einstellung nimmt, wenn nur ein ungefährer Wert des erzeugten 55 vorgenommen worden ist, kann dieEmissionsspannung Feldes gewünscht wird. Solche Berechnungen zeigen beliebig geändert werden, ohne die Brennweite des an, daß mit einer Maximalspannung von 35 kV ein Strahles zu ändern.Field strengths of (2 to 6) -10 ⁸ VZCm are necessary. Part of the emission voltage depends on the focal length for proper operation of the ion source. One of the lenses does not depend on the exact calculation of the voltage applied to a given emission tip at the emission tip. In order to provide the lens with a variable pointed field strength after a 50 focal length, the voltage is made for the method which assumes that the lens is supplied by the voltage divider 20 from the same high voltage source 19 by the shape of the tip as a sphere on a cone removed. So is that which can be viewed. However, a focal length of the lens is also sufficient by setting the poten's calculation, which defines the tip as a paraboloid antiometer 20. Once this adjustment is made, when only an approximate value of the generated 55 has been made, the emission voltage field may be desired. Such calculations can be changed at will without changing the focal length of the, that with a maximum voltage of 35 kV a beam can be changed.

Spitzenradius von (2 bis 3) · 1O^-5 cm benötigt wird. Die erste Linsenelektrode 3 ist mit einer Blende 21Tip radius of (2 to 3) · 10 ^-5 cm is required. The first lens electrode 3 is provided with a diaphragm 21

Im allgemeinen muß, wenn die elektrische Feldstärke versehen, welche zur Begrenzung des Strahles und in der Größenordnung von 10⁸ V/cm sein soll, der 60 auch als Gegenelektrode zu der Spitzenelektrode dient. Spitzenradius (in cm) gleich der Hochspannung Durch die Blende 21 wird erreicht, daß ein Protonen-(in kV) · 1O^-"⁶ sein. kegel mit einem Spitzenwinkel von 60° in die LinseIn general, if the electric field strength which is to limit the beam is to be of the order of 10 ⁸ V / cm, the 60 must also serve as a counter electrode to the tip electrode. Tip radius (in cm) equal to the high voltage through the aperture 21 it is achieved that a proton (in kV) · 1O ^-. ^"6 be cone with an apex angle of 60 ° in the lens

Kleine Spitzen wie diese sind auf verschiedene Art von einer 1 cm entfernten Emissionsspitze 15 eintritt, herzustellen. Darunter fallen mechanisches Schleifen, Bei einer Einzellinse sind die Dimensionen derSmall peaks like this one enter in different ways from an emission peak 15 cm away, to manufacture. This includes mechanical grinding. For a single lens, the dimensions are

chemisches Ätzen, Oxydation in einer Flamme und 65 Mittelelektrode 4 sehr kritisch. Aber alle Elektroden elektrolytisches Ätzen. Von diesen Verfahren scheint dienen außer der Aufgabe der Linsenwirkung noch das elektrolytische Ätzen die glatteste Oberfläche mit dem Zweck des Schutzes des Strahles gegen jegliche den geringsten Ungleichmäßigkeiten zu erzeugen, wie statische Ladungen, welche sich an der Isolierwand bei der vorliegenden Anordnung wegen ihrer größeren der Säule der Kammer 1 bilden können. Deshalb übertnechanischen Festigkeit besonders erwünscht ist. 70 decken sich die Elektroden Z₁ 4, 5 um 0,64 cm undchemical etching, oxidation in a flame and 65 center electrode 4 are very critical. But all electrodes electrolytic etching. Of these methods, in addition to the lens effect, electrolytic etching seems to produce the smoothest surface with the purpose of protecting the beam from any of the slightest irregularities, such as static charges, which are deposited on the insulating wall in the present arrangement because of its larger column the chamber 1 can form. That is why over-mechanical strength is particularly desirable. 70 the electrodes Z ₁ 4, 5 coincide by 0.64 cm and

Claims

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sind lang genug, um alle dem Strahl ausgesetzten von ein paar hundert V oder sogar weniger zwischenare long enough to hold all beam exposed by a few hundred volts or even less between

Isolieroberflächen zu decken. der Heizspule 16 und der Elektrode 13 anlegt. DieTo cover insulating surfaces. the heating coil 16 and the electrode 13 applies. the

Eine Hauptverwendung der Anordnung ist die als Elektrode 13 wird auf einem festen Potential gehalten,A main use of the arrangement is that as electrode 13 is held at a fixed potential,

eine positive Ionenquelle für Teilchenbeschleuniger und der Spule 16 werden mit Bezug auf die Elektrodea positive ion source for particle accelerator and the coil 16 are with respect to the electrode

und insbesondere als Quelle für Protonen und Deu- 5 13 mittels der Spannungsquelle 17 Impulsspannungenand in particular as a source for protons and Deu- 5 13 by means of the voltage source 17 pulse voltages

tronen, sie schließt aber auch andere Anwendungs- erteilt.tronen, but it also includes other applications.

möglichkeiten ein, wo eine Spitzenionenquelle ge- Für eine weitere verbesserte Impulssteuerung kann wünscht wird, z.B. die einer Spitzenqüelle für nega- die in Fig. 6 gezeigte Ausführungsform verwendet tive Ionen. In diesem Fall wird die unerwünschte werden. Die Anordnung 2 der Fig. 6 ist identisch mit Emission von Elektroden von der Spitzenelektrode io der von Fig. 2. Die Heizspule 16 (Fig. 2) ist jedoch durch eine Gasschicht auf ein Minimum herabgesetzt, durch eine ringförmige Elektrode 23 (Wehneltzylinwelche die Außenfläche des Metalls bedeckt, wie vor- der; Fig. 6) ersetzt, welche mit der Impulsspannungsstehend beschrieben. Sämtliche Elektronen, die emit- quelle 17 verbunden ist. Die Hochspannungsquelle 19' tiert werden, können leicht durch übliche Mittel, z. B. hält die Anordnung 2 auf einem hohen Potential durch ein magnetisches Feld, aus dem negativen i₅ gegenüber den Elektroden 3, 4, 5, wie z. B. 25 kV, und Ionenstrahl beseitigt werden. Wenn die Anordnung -die Impulsspannungsquelle 17 liefert Spannungsfür eine Quelle für negative Ionen verwendet wird, impulse in der Größenordnung von Hunderten von V liegt die benötigte Feldstärke nur in der Größen- oder Weniger zwischen der Elektrode 23 und der Anordnung von 10⁷ V/cm. Ordnung 2>Wenn die Vorrichtung der Fig. 6 dazu be-For further improved pulse control may be desired, for example that of a tip source for negative ions used in the embodiment shown in FIG. 6. In this case it will be the undesirable. The arrangement 2 of FIG. 6 is identical to the emission of electrodes from the tip electrode 10 that of FIG of the metal covered, as before; Fig. 6), which is described with the pulse voltage below. All electrons that emit source 17 is connected to. The high voltage source 19 'benefits can easily by conventional means, e.g. B. holds the arrangement 2 at a high potential by a magnetic field, from the negative i ₅ with respect to the electrodes 3, 4, 5, such as. B. 25 kV, and ion beam are eliminated. If the arrangement - the pulsed voltage source 17 provides voltage for a source of negative ions, pulses of the order of hundreds of V is used, the required field strength is only of the order of magnitude or less between the electrode 23 and the arrangement of 10 ⁷ V / cm. Order 2> If the device of FIG.

Für die Spitzenelektrodenanordnung sind noch ₂o stimmt ist, positive Ionen zu emittieren, hat die Anandere Konstruktionen als die bisher dargestellten Ordnung 2 ein hohes positives Potential gegenüber den möglich, und zwei wahlweise Konstruktionen sind in Elektroden 3, 4 und 5, wie z.B. +25 kV. Wenn das den Fig. 4 und 5 gezeigt. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 Potential der Elektrode 23 nun positiver als +25 kV wird dort eine Elektrodenanordnung 2 gezeigt, welche wird, wird der Feldverlauf an der Spitze 15 so verähnlich der in Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung 2 25 zerrt daß weniger Feldlinien an der Spitze 15 enden, ist, mit der Ausnahme, daß die Röhre 10 und die dabei wird die Feldstärke vermindert, und die Ionen-Spitze 11 in einer Elektrode 13' aus vollem Material emission an der Spitze 15 verkleinert sich. Umgekehrt, enden. Diese Elektrode 13' ist leichter herzustellen als _wenn das Potential der Elektrode 23 geringer als die Hohlelektrode 13 (Fig. 2), aber die Gasströmung +2SkV wird, wird die Ionenemission an der Spitze ist reduziert, weil das Gas durch das feste Material _3o 15 vergrößert. Die Feldemission kann z. B. ausgedringen muß. Wenn das Material, aus welchem die schaltet werden, wenn das Potential der Platte 23 Elektrode 13' hergestellt ist, das Gas durchläßt, um +-26 kV erreicht. In diesem Fall wurden 1-kV-Imionisiert zu werden, kann die in Fig. 4 gezeigte Kon- pulse von der Spannungsquelle 17 genügen, einen imstruktion trotzdem verwendet werden. Zum Beispiel pulsförmigen Ionenstrahl zu erzeugen. würde eine aus Palladium bestehende Elektrode 13' ₃₅ Dj_e Wirkung der Elektrode 23 auf die Ionen-Wasserstoff ausreichend durchlassen, um die Verwen- emission der Spitze 15 ist ähnlich der Wirkung des dung der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Gitters in einer üblichen Triode, da schon geringe Anordnung zu gestatten. Änderungen in der Potentialdifferenz zwischen derFor the tip _{electrode arrangement 2} o is still true to emit positive ions, the other constructions than the previously illustrated order 2 has a high positive potential compared to the possible, and two optional constructions are in electrodes 3, 4 and 5, such as +25 kV. If that is shown in Figs. With reference to FIG. 4, the potential of the electrode 23 now more positive than +25 kV, there is shown an electrode arrangement 2, which is so similar to the field course at the tip 15 that the arrangement 25 shown in FIGS. 1 and 2 is distorted that fewer field lines end at the tip 15, with the exception that the tube 10 and thereby the field strength is reduced, and the ion tip 11 in an electrode 13 'made of solid material emission at the tip 15 is reduced. Conversely, end. This electrode 13 'is easier to fabricate than _whom the potential of the electrode 23 n is less than the hollow electrode 13 (Fig. 2), but the gas flow + 2SkV is, the ion emission at the top is reduced because the gas through the solid material _3o 15 enlarged. The field emission can e.g. B. must express. If the material from which they are switched when the potential of the plate 23 electrode 13 'is made allows the gas to pass, it reaches + -26 kV. In this case, 1 kV ionization was required, the pulse from the voltage source 17 shown in FIG. 4 can suffice, but an instruction can still be used. For example to generate a pulse-shaped ion beam. would an existing palladium electrode 13 _'35 Dj _e effect of the electrode by blank 23 sufficiently to the ion-hydrogen to Applicable methods for emission of the tip 15 is similar to the effect of the extension of the embodiment of grid shown in Fig. 4 in a conventional triode to allow even a small arrangement. Changes in the potential difference between the

Wie schon beschrieben, dringt das zu ionisierende Anordnung 2 und der Elektrode 23 die Feldstärke an-Gas durch das Material der Spitzenelektrode an dessen ₄₀ der Spitze 15 um einen großen Betrag ändert, dabei Oberfläche und strömt dann entlang dieser Außen- wird die Ionenemission von der Spitze 15 gesteuert, fläche zu der Spitze. Aus diesem Grund ist es nicht Wenn die Elektrode 23 weiter zurück von der Spitze notwendig, daß die Spitze für das Gas unbedingt 15, _ai_s j_n pjg. 6 gezeigt, bewegt wird,- wird die Empdurchlässig ist, und in manchen Fällen ist es sogar findlichkeit vermindert. Wenn die Elektrode 23 vorerwünscht, daß die Spitze aus einem anderen Material 45 wärts zur Spitze 15 hin bewegt wird, wird die Empals der Schaft der Elektrode besteht. Palladium, ob- findlichkeit gesteigert. Die Empfindlichkeit ist am wohl sehr gut wasserstoff durchlässig, ist weich, und größten, wenn- sich die Elektrode 23 vor der Spitze 15 aus diesem Grund kann eine aus Palladium bestehende befindet, aber in diesem Fall können einige unliebe Elektrode mit einer Spitze eines härteren Materials, same Effekte auftreten, es ist z. B. dann nicht möglich, wie z. B. Wolfram, versehen sein. Unter Bezugnahme 50 die benotigten 10⁸ V/cm an der Spitze 15 zur positiven auf Fig. 5 wird eine Elektrode 13" gezeigt, deren lonenemission oder die benötigten 10⁷V/cm für die Schaft 21 aus einem Material, z. B. Palladium, be- negative lonenemission zu erreichen, steht, welches für das zu ionisierende Gas durchlässig
ist, dessen Spitze 22 aber aus einem anderen Material, _π -As already described, the arrangement 2 to be ionized and the electrode 23 penetrates the field strength of the gas through the material of _{the tip electrode 40 of} which the tip 15 changes by a large amount, thereby surface and then flows along this outer surface Tip 15 controlled, flat to the tip. For this reason, if the electrode 23 is further back from the tip, it is not necessary that the tip for the gas necessarily be 15, _a i _s j _n pjg. 6 is shown, is moved, - the sensitivity is permeable, and in some cases it is even delicacy diminished. If the electrode 23 pre-desires that the tip of a different material 45 is moved towards the tip 15, the empals will consist of the shaft of the electrode. Palladium, increased sensitivity. The sensitivity is probably very good for hydrogen permeability, is soft, and greatest when the electrode 23 is located in front of the tip 15 for this reason it can be made of palladium, but in this case some unpleasant electrodes with a tip of a harder material , same effects occur, it is z. B. then not possible, such. B. tungsten, be provided. With reference 50 the required 10 ⁸ V / cm at the tip 15 to the positive in Fig. 5, an electrode 13 ″ is shown, whose ion emission or the required 10 ⁷ V / cm for the shaft 21 made of a material, e.g. palladium To achieve negative ion emission, which is permeable for the gas to be ionized
whose tip 22 is made of a different material, _π -

• tit υ- ^ ·. . 1_. j -^j _c , π «1 PATENTANSPRÜCHE:• tit υ- ^ ·. . 1_. j - ^ j _c , π «1 PATENT CLAIMS:

wie Wolfram, besteht und mit dem Schaft 21 ver- 55like tungsten, and connected to the shaft 21

schweißt oder auf andere Weise an diesem befestigt 1. Ionenquelle, dadurch gekennzeichnet, daß einewelds or otherwise attached to this 1. ion source, characterized in that a

ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 behält Spitzenelektrode angeordnet ist, in deren hohlenis. In the embodiment of Fig. 5 retains the tip electrode is arranged in its hollow

die Spitze 22 ihre Form besser bei, -wird weniger Schaft das zu ionisierende Gas unter hohem Druck .the tip 22 improves its shape, -will less shank the gas to be ionized under high pressure.

leicht deformiert, hält länger und kann leichter herge- eingeführt ist, und daß ein sehr hohes elektrischeseasily deformed, lasts longer and can be more easily introduced, and that a very high electrical power

stellt werden als die Spitze 15 der Elektrode 13 bei 60 Feld das durch die Wandung der Elektrode diffun-as the tip 15 of the electrode 13 at 60 field that diffuses through the wall of the electrode

der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform. dierende Gas nach Erreichen der Elektrodenspitzethe embodiment shown in FIG. Dying gas after reaching the electrode tip

Soll nun ein impulsförmiger Ionenstrahl erzeugt ionisiert.Should now a pulse-shaped ion beam generated ionized.

werden, so muß die Hochspannungsquelle 19 (Fig. 3) 2. Positive Ionenquelle nach Anspruch 1, daeine Spannung in der Größenordnung von 10⁴V in durch gekennzeichnet, daß die elektrische Feld-Impulse zerlegen. Wegen der Höhe der Spannung ist 65 stärke mindestens in der Größenordnung von dieses eine schwierige Aufgabe. Es kann aber auch IQs V/cm liegt und so gerichtet ist, daß es positive ein impulsförmiger Ionenstrahl zweckmäßig auf eine Ionen von der Spitze abzieht, viel einfachere Weise erzeugt werden durch Abände- 3. Negative Ionenquelle nach Anspruch 1, darung der Spannungsquelle 17 (Fig. 1) so, daß sie eine durch gekennzeichnet, daß die elektrische. Feldsteuerbare Potentialdifferenz in der Größenordnung 70 stärke mindestens in der Größenordnung von the high voltage source 19 (Fig. 3) must be 2. Positive ion source according to claim 1, since a voltage in the order of magnitude of 10 ⁴ V in characterized in that the electric field pulses break down. Because of the level of tension, at least on the order of this is a difficult task. But it can also be IQs V / cm and is directed in such a way that it draws a positive pulse-shaped ion beam expediently onto an ion from the tip; it can be generated in a much simpler manner by means of modifications. Fig. 1) so that they are characterized by that the electrical. Field controllable potential difference in the order of magnitude 70 strength at least in the order of magnitude of

ΙΟ⁷ V/cm- liegt und so gerichtet ist, daß es negative Ionen von der Spitze abzieht.ΙΟ ⁷ V / cm- and is directed in such a way that it draws negative ions from the tip.

4. Ionenquelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenelektrode die Form einer Hohlröhre aufweist, die mit einer festen Spitze abgeschlossen ist.4. Ion source according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the tip electrode has the shape of a hollow tube which is closed with a solid tip.

5. Positive Ionenquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Spitze in cm höchstens in der Größenordnung von 1 · 10~⁶ der Spannungsdifferenz in kV ist, die zwischen der Spitzenelektrode und der nachfolgenden Elektrode liegt, und daß die Spitzenelektrode gegenüber der nachfolgenden Elektrode ein positives Potential hat.5. Positive ion source according to claim 1 or 2, characterized in that the radius of curvature of the tip in cm is at most in the order of 1 · 10 ~ ^{6 of} the voltage difference in kV, which is between the tip electrode and the subsequent electrode, and that the tip electrode has a positive potential compared to the subsequent electrode.

6. Negative Ionenquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Spitze in cm höchstens in der Größenordnung von 1 · 10~"⁵ der Spannungsdifferenz in kV liegt, die zwischen der Spitzenelektrode und der nachfolgenden Elektrode liegt, und daß die Spitzenelektrode gegenüber der nachfolgenden Elektrode ein negatives Potential hat.6. Negative ion source according to claim 1 or 2, characterized in that the radius of curvature of the tip in cm is at most in the order of 1 · 10 ~ " ^{5 of} the voltage difference in kV, which is between the tip electrode and the subsequent electrode, and that the The tip electrode has a negative potential compared to the following electrode.

7. Ionenquelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenspitze von außen her zu beheizen ist.7. Ion source according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the electrode tip is to be heated from the outside.

8. Ionenquelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenelektrode mindestens teilweise für Isotopen von Wasserstoff durchlässig ist.8. Ion source according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the tip electrode is at least partially permeable to isotopes of hydrogen.

9. Ionenquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der durchlässige Teil der Spitzenelektrode aus Palladium besteht.9. Ion source according to claim 8, characterized in that the permeable part of the The tip electrode is made of palladium.

10. Ionenquelle nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der durchlässige Teil der Spitzenelektrode aus Eisen oder Nickel besteht.10. Ion source according to claim 7 or 8, characterized in that the permeable part the tip electrode is made of iron or nickel.

11. Ionenquelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß hohe Spannungsimpulse kurzer Dauer zwischen der Spitzenelektrode und der nachfolgenden Elektrode angelegt sind.11. Ion source according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that high voltage pulses of short duration between the tip electrode and the following electrode are created.

12. Ionenquelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung vor der Spitzenelektrode Mittel zum Fokussieren des Ionenstrahls angeordnet sind.12. Ion source according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that Means for focusing the ion beam are arranged in front of the tip electrode in the beam direction.

13. Ionenquelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung vor der Spitzenelektrode zwei bzw. drei Elektroden angeordnet sind und daß bei zwei Elektroden die Spannungsdifferenz zwischen der Spitzenelektrode und der ersten Elektrode größer ist als die zwischen der Spitzenelektrode und der zweiten Elektrode und daß bei drei Elektroden die dritte Elektrode an derselben Spannung liegt wie die erste Elektrode und daß bei der Anordnung von zwei bzw. drei Elektroden die Spannungsdifferenz zwischen der Spitzenelektrode und der zweiten Elektrode veränderlich ist.13. Ion source according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that two or three electrodes are arranged in front of the tip electrode in the beam direction and that in the case of two electrodes, the voltage difference between the tip electrode and the first electrode is greater than that between the tip electrode and the second electrode and that at three Electrodes the third electrode is at the same voltage as the first electrode and that with the arrangement of two or three electrodes, the voltage difference between the tip electrode and the second electrode is variable.

14. Ionenquelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenelektrode bzw. deren Spitze von einer ringförmigen Elektrode (Wehneltzylinder) umgeben ist und daß die Spannungsdifferenz zwischen der Spitzenelektrode und der ringförmigen Elektrode wesentlich kleiner ist als die zwischen der Spitzenelektrode und der ersten Elektrode und dabei veränderlich ist.14. Ion source according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that the tip electrode or its tip is surrounded by an annular electrode (Wehnelt cylinder) and that the voltage difference between the tip electrode and the annular electrode is much smaller than that between the tip electrode and the first electrode and thereby is changeable.

15. Ionenquelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß kurze Spannungsimpulse zwischen der Spitzenelektrode und der zweiten Elektrode angelegt sind.15. Ion source according to claim 12, characterized in that short voltage pulses between the tip electrode and the second electrode are applied.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings