DE1059581B - Plasmaquelle fuer geladene Teilchen - Google Patents

Description

Zur Erzeugung von Ionen und Elektronen sind Quellen bekannt, bei denen die Ionisation des zugeführten Gases mittels einer Niedervoltgasentladung mit lichtbogenartigem Charakter erfolgt. Das ionisierte Gas wird hierbei als Plasma bezeichnet, wenn die Konzentration negativ und positiv geladener Teilchen etwa gleich groß und höher als ungefähr 10⁸/cm³ ist. Ein ideales Plasma ist demnach nach außen hin elektrisch neutral und leitfähig — ähnlich einem metallischen Leiter.

Da in dem Plasma durch Rekombination dauernd Ionen verlorengehen, müssen diese von den Elektronen des Plasmas zur Aufrechterhaltung des Konzentrationsgleichgewichtes durch Ionisationsakte in gleichem Maße neu erzeugt werden. Die Energie, die die Elektronen im Kathodenfall erhalten haben, wird dadurch in zunehmender Entfernung von der Kathode immer kleiner, bis sie schließlich nicht mehr zur genügenden Ionisation ausreicht. In diesem Gebiet wird das Gleichgewicht im Plasma gestört, was sich in einer Zunahme des Widerstandes an dieser Stelle auswirkt. Es tritt ein Potentialsprung ein, welcher gewissermaßen als neue virtuelle Kathode wirkt und den Elektronen für eine weitere Strecke die Ionisationsenergie erteilt. Am Ort des Potentialsprunges ergibt sich eine elektrische Doppelschicht, die durch ihr intensives Anregungsleuchten der Gasteilchen sichtbar ist. Ein Beispiel für derartige Doppelschichten ist die perlenförmige Entladung in einer Geisslerschen Röhre.

Besonders hohe Verluste an Ionen treten infolge von Wand-Rekombinationen an Einschnürungen des Lichtbogens auf, die z.B. mittels Düsen zu dem Zweck vorgenommen wurden, die Stromdichte der Entladung zu erhöhen. Vor jeder derartigen Einschnürung durch stoffliche Begrenzungswände entsteht daher eine Doppelschicht der oben beschriebenen Art in kugelähnlicher Form. Die Elektronen werden von der Doppelschicht auf das Zentrum derselben beschleunigt, so daß etwa am Ort der Einschnürung eine besonders hohe Konzentration an ionisierenden Elektronen und damit eine beträchtliche Plasmadichte erzielt wird.

Von dieser Erscheinung wird in einer bereits vorgeschlagenen Ionenquelle Gebrauch gemacht, bei der zwischen Kathode und Anode eine enge Düse vorgesehen und der Gasdruck in einem der durch die Düse abgeteilten Raum wesentlich höher als im anderen Raum gehalten ist. Die hierbei verwendete Elektrodenanordnung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Dort ist mit 1 die Kathode, mit 2 die Düse und mit 3 die Anode mit der Emissionsöffnung 4 bezeichnet. Es wird beispielsweise auf die Kathodenseite ein Druck von 40 Torr, auf der Anodenseite ein Druck von etwa IO—³ aufrechterhalten. Auf Grund Plasmaquelle für geladene Teilchen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. phil, Heinz Fröhlich, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

dieses Druckgefälles entsteht eine Plasmaströmung mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in Richtung auf die Anode. Vor der Düse bildet sich, begünstigt durch geeignet gewählte Potentialverteilung, die mit 5 bezeichnete Doppelschicht aus, so daß in der Düsenöffnung eine hohe Dichte des strömenden Plasmas entsteht.

Es ist bekanntgeworden, durch magnetische Einschnürung einer Plasmaentladung hohe Plasmadichten zu erzeugen, die es bei mit Extraktionssonden arbeitenden Quellen erlauben, den Ionenabsaugstrom zu vergrößern. Es ist ferner bekanntgeworden, zur weiteren Steigerung der Plasmadichte die elektronenoptische Sammelwirkung einer etwa kugelförmigen Doppelschicht auszunutzen, die bekanntlich vor jeder räumlichen Einschnürung eines Plasmas genügend hoher Ionenwandverluste entsteht. Einer Steigerung des Ionenstromes über einen verhältnismäßig geringen Wert hinaus allein durch Erhöhen der Plasmadichte sind jedoch wegen des Raumladungsgesetzes, dem jede Ionenquelle mit Extraktionssonde unterliegt, enge Grenzen gesetzt.

Die Erfindung betrifft eine Plasmaquelle mit Kathode und Anode für geladene Teilchen mit einer kanalartig durchbrochenen Zwischenelektrode, bei der zur Beschleunigung des Plasmas keine Extraktionssonde verwendet ist, so daß eine Abhängigkeit von dem Raumladungsgesetz nicht besteht; bei dieser wird nun ein wesentlich höherer Ionenstrom, gegebenenfalls auch ohne hohe Plasmadichte, dadurch erfindungsgemäß erreicht, daß das Potential der Zwischenelektrode gegenüber der Anode und/oder die geometrischen Abmessungen des Kanals unter Berücksichtigung des Gasdruckes der Quelle so gewählt sind, daß am anodenseitigen Kanalende infolge Wand-Rekombination ein Ionenmangel im Plasma und daher

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innerhalb des Kanals eine oder mehrere elektrische Doppelschichten auftreten, die durch auf die Emissionsöffnung gerichtete Beschleunigung der Elektronen einen Überschuß an Ionen vor der Anode verursachen, so daß dort das Potential des Plasmas über dem Anodenpotential liegt.

Bei der Einrichtung der vorliegenden Art kommt somit eine Extraktionssonde oder sogenannte Ziehelektrode zwischen dem Plasma und der Emissionsöffnung in Fortfall. An ihre Stelle tritt eine Beschleunigungsstrecke für die Ionen innerhalb des Plasmas zwischen dem Ort des höchsten positiven Phasenpotentials und der negativen Emissionsöffnung, so daß die Ionen von selbst aus dem Plasma durch die Emissionsöffnung mit gerichteter Geschwindigkeit, also nicht durch Diffusion, austreten.

Die erreichten Ionenströme liegen mindestens eine Größenordnung über den durch die bekannten Anordnungen erzielbaren Ionenströme.

Ferner treten die vor der Emissionsöffnung erhaltenen geladenen Teilchen infolge ihrer eigenen gerichteten Geschwindigkeit durch die Emissionsöffnung aus, ohne daß wie bei der vorgeschlagenen Anordnung die Anwendung hoher Druckunterschiede erforderlich ist.

Ein Teil der erzeugten Ionen dient zur Deckung der die Doppelschicht verursachenden Wand-Rekombination in dem Kanal, während der andere, etwa gleich große Teil als Emissionsstrom zur Verfügung steht. Es können auch zwei oder mehr Doppelschichten im Kanal entstehen.

Handelt es sich z. B. um die Erzeugung eines Ionenstrahles, so wird durch die vorliegende Anordnung erreicht, daß die Ionen infolge des positiv über dem Anodenpotential liegenden Plasmapotentials ohne die Einwirkung besonderer Beschleunigungsspannungen aus der Emissionsöffnung austreten und erst nachher gegebenenfalls in den Wirkungsbereich einer Absaug- und Fokussiereinrichtung gelangen.

Zur Erhöhung der Plasmadichte können an sich bekannte magnetische Mittel vorgesehen sein, welche die von der oder den Doppelschichten im Kanal beschleunigten Elektronen auf ein Bündel kleineren Durchschnitts als des Kanals konzentrieren. Auf diese Weise kann auch das positive Potential des Plasmas gegenüber der Anode vergrößert werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei an Hand der Fig. 2 bis 6 ein schematisches Ausführungsbeispiel und die Wirkungsweise beschrieben. In Fig. 2 ist wieder die Kathode mit 1, die Anode mit 3, die Emissionsöffnung mit 4 und die vor der Einschnürung entstehende Doppelschicht mit 5 bezeichnet. Bei dieser Einschnürung handelt es sich jedoch nicht um eine Düse, sondern um eine kanalartige Durchbrechung 6 in einer Zwischenelektrode 7. Durch die bereits besprochene Wirkung der Doppelschicht 5 entsteht zunächst im Kanal 6 eine verhältnismäßig hohe Plasmadichte. Infolge starker Wand-Rekombination tritt jedoch am anodenseitigen Kanalende ein Mangel an Ionen in dem Plasma auf. Dies führt zur Bildung der Doppelschicht 8 innerhalb des Kanals. Diese Doppelschicht erfüllt zwei Aufgaben: Zunächst dient sie dazu, Elektronen auf die Emissionsöffnung hin zu beschleunigen, und andererseits zur Entkopplung des Anodenraumes vom Kathodenraum. Es sei an dieser Stelle noch erwähnt, daß die Doppelschicht 5, die wegen der Einschnürung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel notwendigerweise auftritt, an sich nicht von wesentlicher Bedeutung ist. Es wäre z. B. denkbar, die Kathode so nahe an die Kanaleintritts-

öffnung zu bringen, daß der Potentialsprung der Doppelschicht durch den Kathodenfall ersetzt ist oder — mit anderen Worten ·—· eine Doppelschicht überhaupt nicht zur Ausbildung kommt. Wesentlich jedoch ist die parallel zur Ebene der Emissionsöffnung liegende Doppelschicht 8.

Aus Fig. 3 ist beispielsweise ersichtlich, welche Potentialwerte U_p das Plasma vor der Anodenöffnung annimmt. Es treten hierbei die folgenden Vorgänge ίο ein:

Die von der Doppelschicht stark beschleunigten Elektronen ionisieren den Raum zwischen der Austrittsöffnung des Kanals und der Anode. Die dem Kanalende nächsten Ionen fliegen auf die Kanalwand zurück bzw. in das Plasma innerhalb des Kanals, um die Wand-Rekombination zu decken. Nun wird aber ein großer Teil der Elektronen erst in einem Gebiet ionisieren, welches keine Ionen mehr an die Kanalwand zurücksendet. Je höher die Ionenverluste im Kanal, desto größer der Potentialsprung in der Doppelschicht, desto größer die Beschleunigung der Elektronen und desto größer der Überschuß an nicht in den Kanal zurückfliegenden Ionen. Diese Ionen bilden gemeinsam mit den hochbeschleunigten Elektronen eine Raumladung, die wegen der Langsamkeit der Ionen positiv ist. Die Spannung zwischen Anode und Raumladung kann ganz erhebliche Werte in der Größenordnung von mehreren Zehnteln der Gasentladungsspannung annehmen. Als unmittelbare Folge ergibt sich eine Beschleunigung der Ionen aus der Raumladungswolke heraus auf die Emissionsöffnung der Anode hin, aus der sie dann mit einer entsprechenden Eigengeschwindigkeit in den Wirkungsbereich einer Absaug- und Fokussiereinrichtung eintreten.

Durch geeignete Bemessung der Länge und der lichten Weite des Kanals in der Zwischenelektrode, der beispielsweise auch konisch ausgeführt sein kann, ist es möglich, den Grad der Ionenverluste durch Wand-Rekombination schon von der konstruktiven Seite her zu beeinflussen. Ein weiteres, auch während des Betriebes veränderbares Mittel ist das Aufdrücken eines Fremdpotentials gegenüber der Anode auf die Zwischenelektrode. Durch entsprechende Abstimmung dieser Maßnahmen ist es möglich, eine praktisch vollständige Ionisation des in die Plasmasäule hineindiffundierenden Gases im Anodenraum vorzunehmen. Hierbei ist selbstverständlich der Gasdruck maßgebend. Erhöht man bei gegebenem Gasdruck die Wandverluste im Kanal zu sehr, so erlischt die Entladung und es kommt zu Kippschwingungen. Durch eine Erhöhung des Gasdruckes können diese dann wieder beseitigt werden. Die erzielbare Emissionsstromstärke ist also eine Funktion des Gasdruckes in der Ionenquelle, von dem wiederum die Größe der gerichteten Emissionsgeschwindigkeit der Ionen abhängt.

In Fig. 2 ist auch angedeutet, auf welche Weise der Zwischenelektrode das gewünschte Potential gegenüber der Anode gegeben werden kann. Zunächst besteht die Möglichkeit, die Zwischenelektrode einfach über einen Widerstand R mit der Anode zu verbinden. Die Spannung an der Zwischenelektrode stellt sich dann automatisch etwa so ein, daß die auf sie einströmende Elektronen- und Ionenmenge gleich groß ist. In Fig. 5, wo der Kanalstrom I_k und der Emissionsstrom I_e in Abhängigkeit von der Kanalspannung U_k gegen Anode schematisch dargestellt ist, entspricht diesem Betriebswert der Punkt U_li auf der Kennlinie I_K. Durch Anlegen einer Fremdspannung an die

Klemmen 9 und 10 in Fig. 2 kann nun von diesem Punkt aus die Kennlinie I_k beliebig durchfahren werden. Dementsprechend ist es möglich, den aus der Emissionsöffnung .austretenden Ionenstrom I_e auf dem Wege über die Veränderung der Spannung U_k zu steuern. Es handelt sich hier also um eine der Steuerung einer Elektronenröhre vergleichbare Erscheinung. Sie kann z. B. dazu ausgenutzt werden, Emissionsstromimpulse beliebiger Form, Größe und Dauer durch Anlegen entsprechender Steuerimpulse an die Zwischenelektrode zu erhalten.

In Fig. 4 ist der Aufbau einer Plasmaquelle gemäß der Erfindung mit näheren Einzelheiten dargestellt, dabei können die Absaugelektroden hinter der Emissionsöffnung der Anode in an sich bekannter Weise ausgeführt sein und daher sind diese weggelassen. Die Elemente 1 bis 10 entsprechen denen in Fig. 2. Die Anode 3 ist durch einen Ring 11 vom Gehäuse 14 der Ionenquelle elektrisch isoliert und kann beispielsweise auf Erdpotential liegen. Mit Hilfe von isoliert eingesetzten Schrauben 13 ist die Anodenplatte mit dem Gehäuse 14 unter Zwischenfügung eines Dichtungsringes 12 verbunden. Ferner ist an das Gehäuse der Zwischenelektrodenteil 7 angeschraubt. Mit dem Zwischenelektrodenteil ist ein Kathodenträger 17 verbunden, in den Isolierrohre 19 mit Dichtungsscheiben 20 zur Aufnahme der Stromzuführungen 21 zur Oxydkathode 1 eingesetzt sind. Durch Bohrungen im Zwischenelektrodenteil 7 sind Rohre 18 für den Gaseinlaß sowie für Vakuummeter und Pumpenanschlüsse eingeführt.

Sowohl die Anodenplatte als auch der Zwischenelektrodenteil 7 bestehen aus Eisen. Zwischen beiden ist ein Dauermagnet 15 eingeklemmt, welcher im Kanal 6 der Zwischenelektrode das erwähnte fokussierende Hilfsfeld erzeugt. Statt dessen kann auch eine Erregung mit Hilfe einer Spule vorgesehen sein.

Besondere Bedeutung hat die vorliegende Anordnung für die Erzeugung atomarer Ionen aus Gasmolekülen. Es ist hierbei bekanntlich erforderlich, daß die ursprünglichen Moleküle bzw. die Molekülionen wegen der dazu erforderlichen Stufenprozesse genügend Zeit zur Bildung von Atomionen haben. Es muß zunächst die Stromdichte der Gasentladung entsprechend hoch gewählt werden. Dies ist im vorliegenden Fall bereits durch die Einschnürung erreicht. Zu berücksichtigen ist jedoch, daß zwischen dem Kanalende und der Emissionsöffnung ein genügender Abstand vorgesehen werden muß, der den zunächst gebildeten Molekülionen Zeit zur Vollendung dieser Stufenprozesse läßt. Dank der gerichteten Beschleunigung der Elektronen und der dadurch hervorgerufenen Ionisation im Anodenplasma, die selbst wieder zu einer gerichteten Beschleunigung der Ionen führt, kann ohne besondere Schwierigkeiten der Abstand zwischen Kanalende und Emissionsöffnung verhältnismäßig groß bemessen sein. Dadurch wird es ferner möglich, durch Anbringen von Hilfselektroden, etwa aus Tantal- oder Wolframblech, im Bereich der Plasmasäule, eine weitere Dissoziation des Gases zu erzwingen. Die Aufheizung der Hilfselektroden kann entweder durch die heiße Plasmasäule selbst oder durch fremde Wärmezufuhr erfolgen. In Fig. 6 sind zwei Wolframröhrchen 22 und 23 als Hilfselektroden beispielsweise dargestellt.

Die Vorteile der vorliegenden Ionenquelle liegen vor allem darin, daß mit relativ einfachen Mitteln steuerbare Ionenemissionsströme in der Größenordnung von mehreren IOOmA und darüber erzielbar sind. Das Verhältnis der Betriebsdaten zueinander

läßt sich immer so einstellen, daß auch mit empfindlichen Meßmethoden keine Plasmaschwingungen und dadurch hervorgerufene Schwankungen der Emissionsstromstärke nachweisbar sind. Man wird vorzugsweise die Emissionsöffnung der Anode nicht größer machen als den Querschnitt der Plasmasäule am Ort der Emissionsöffnung, so daß in Verbindung mit einer genügend hohen Entladungsstromstärke ohne weiteres ein Austreten neutraler Gasteilchen aus ίο der Quelle praktisch vollständig vermieden werden kann. Dadurch ergeben sich wieder beträchtliche Einsparungen in der Vakuumpumpenanlage.

Polt man die Spannung des Absaugsystems um, so können aus dem Anodenplasma auch die von der Doppelschicht beschleunigten Elektronen entnommen werden. Die Ionen werden durch die hohe Spannung der Absaugelektrode in der Quelle zurückgehalten. Als Elektronenquelle liefert die Einrichtung Ströme, die in ihrer Höhe praktisch mit dem Entladungsstrom ao übereinstimmen, also beispielsweise 5 Amp. im Dauerbetrieb und 100 Amp. und mehr im Impulsbetrieb.

Bei der praktischen Ausführung der Anordnung für die Erzeugung von Ionen kann noch ein weiterer Vorteil erreicht werden. Auch bei sehr hohem Vakuum im Beschleunigungsraum hinter der Emissionsöffnung werden durch Zusammenstoßen der beschleunigten positiven Ionen mit Restgasteilchen Elektronen erzeugt, die teilweise auf die Emissionsöffnung hin zurückfliegen. Da die Elektronen hierbei die volle Beschleunigungsgeschwindigkeit erhalten, ist ihre gesamte Energie sehr groß. Beim AuftrefFen auf die Anode würde diese stark erhitzt und unter Umständen zerstört werden. Es ist nun bereits früher erwähnt worden, daß durch magnetische Mittel eine Konzentrierung des von der Doppelschicht im Kanal beschleunigten Elektronenbündels erreicht werden kann. Durch geeignete Formgebung der Polschuhe und Bemessung der Feldstärke ist es nun möglich, nicht nur diesen Effekt zu erzielen, sondern auch die aus dem Beschleunigungsraum auf die Anode zurückfliegenden Elektronen zu bündeln. Es gelingt auf diese Weise, sie gewissermaßen durch die Emissionsöffnung in die Quelle zurückzufädeln und dort zur weiteren Ionisierung des Gases zu verwenden. Diese Erscheinung ist insbesondere bei der Erzeugung atomarer Ionen wichtig, da sie zur besseren Dissoziation der Moleküle beiträgt. Auf diese Weise kann unter Umständen die Entladungsstromstärke geringer als an sich ohne diese Maßnahmen erforderlich gewählt werden.

Die Kathode der Quelle kann beliebig ausgebildet sein, z. B. als Kaltkathode, als thermisch emittierende Kathode oder auch als Gasentladungskathode (Hochfrequenzplasma) .

Durch die Steuerung des Potentials der Zwischenelektrode und damit des Ionenstromes auf die Wand des Kanals können Metallschichten mit schlechter Wärmeableitung, die sich an dieser Wand befinden, auf Temperaturen von über 2500° C gebracht werden.

Ferner ist es möglich, die Temperatur der Anode in der Umgebung der Emissionsöffnung — vor allem durch geeignete Bemessung der Fokussierung des Elektronenstromes von der Beschleunigungsstrecke her und auch durch die Größe des Entladungsstromes ·—· auf jede gewünschte hohe Temperatur bis zur Schmelztemperatur des verwendeten Anodenmaterials (z. B. Wolfram) zu bringen. Diese Temperaturverhältnisse und die Anwendung der bereits erwähnten Hilfselektroden mit Selbst- oder Fremdheizung gestatten die Erzeugung von Metalldampf-

Claims (15)

ionen oder von Ionen von Metallverbindungen, ohne daß im Kanal und Anodenraum wesentliche Kondensatbildungen auftreten können. Im Kathodenraum werden diese in bekannter Weise durch geeignete Ausbildung des Verdampfers vermieden. Die praktisch vollständige Ionisation und die hohe Absaugstromdichte, die an sich für die Bemessung und Wirtschaftlichkeit von ionenphysikalischen Anlagen, beispielsweise magnetischen Isotopentrennern, von großer Bedeutung sind, ermöglichen es zusammen mit der Geometrie des Kanalanodenraumes und der Einstellung des dort herrschenden Plasmapotentialverlaufes durch passende Wahl des Zwischenelektrodenpotentials, des Bogenstromes und des Dampfdruckes, weitgehend monochromatische Ionenstrahlen von Metalldämpfen zu erzeugen, wobei diese ein- oder mehrfach ionisiert sein können. Die Quelle kann rotationssymmetrisch ausgeführt sein und demnach eine punktförmige Emissionsöffnung aufweisen. Der Kanal in der Zwischenelektrode ist dann als Bohrung ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, die Bauteile der Quelle in einer Koordinatenrichtung beliebig zu verlängern, so daß ein spaltförmiger Kanal und eine entsprechende Emissionsöffnung entstehen. Es handelt sich dann gewisser- maßen um eine zweidimensionale Bauform, welche die Erzeugung von Fächern geladener Teilchen gestattet. PATENTANSPRÜCHE:

1. Plasmaquelle mit Kathode und Anode für geladene Teilchen mit einer kanalartig durchbrochenen Zwischenelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der Zwischenelektrode gegenüber der Anode und/oder die geometrischen Abmessungen des Kanals unter Berücksichtigung des Gasdruckes der Quelle so gewählt sind, daß am anodenseitigen Kanalende infolge Wand-Rekombination ein Ionenmangel im Plasma und daher innerhalb des Kanals eine oder mehrere elektrische Doppelschichten auftreten, die durch auf. die Emissionsöffnung gerichtete Beschleunigung der Elektronen einen Überschuß an Ionen vor der Anode verursachen, so daß dort das Potential des Plasmas über dem Anodenpotential liegt.

2. Quelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Doppelschicht bzw. von den Doppelschichten beschleunigten Elektronen in an sich bekannter Weise durch magnetische Feldkräfte auf ein Bündel kleineren Durchmessers als des Kanals konzentriert sind, zum Zwecke der weiteren Erhöhung der Dichte des Plasmas und dessen positiven Potentials gegenüber der Anode.

3. Ionenquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen infolge des über dem Anodenpotential liegenden Plasmapotentials aus der Emissionsöffnung gerichtet austreten und daß die Absaug- und Fokussiereinrichtung derart bemessen sind, daß ihre Einwirkung auf die Ionen erst nach dem Austritt aus der Emissionsöffnung beginnt.

4. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential und/oder die Kanalbohrung der Zwischenelektrode bei gegebenem Gasdruck im Sinne einer völligen Ionisierung des Gases vor der Emissionsöffnung bemessen sind.

5. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenelektrode über einen Widerstand mit der Anode verbunden ist.

6. Ionenquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenelektrode zusätzlich an eine Fremdspannungsquelle angeschlossen ist.

7. Ionenquelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenemissionsstrom über das Potential der Zwischenelektrode steuerbar ist, insbesondere zur Erzeugung von Impulsemissionsströmen.

8. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Erzeugung atomarer Ionen aus Gasmolekülen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdichte der Gasentladung und/oder der Abstand zwischen Kanalende und Anode so groß gewählt sind, daß eine ausreichende Dissoziation der Moleküle eintritt.

9. Ionenquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Plasmasäule von dieser und/oder fremd geheizte Hilfselektroden zur Unterstützung der Dissoziation angeordnet sind.

10. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Emissionsöffnung in der Anode gleich oder kleiner als der Querschnitt der Plasmasäule am Ort der Emissionsöffnung bemessen ist.

11. Ionenquelle nach Anspruch 2 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Feldkräfte gleichzeitig zur Einfädelung von im Beschleunigungsraum erzeugten

. und auf die Anode zurückfliegenden Elektronen durch die Emissionsöffnung dienen, so daß diese Elektronen die Ionisierung bzw. die Dissoziation im Anodenplasma unterstützen.

12. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, insbesondere zur Erzeugung von monochromatischen ein- oder mehrfach ionisierten Metall dampf ionen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächentemperatur von Anode und Kanal auf so hohe Werte gebracht ist, daß Kondensatbildungen im Anodenraum weitgehend vermieden sind.

13. Elektronenquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein positiv gegenüber der Kathode vorgespanntes Absaugsystem vorgesehen ist, welches auf die von der Doppelschicht beschleunigten, durch die Emissionsöffnung austretenden Elektronen einwirkt.

14. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

15. Quelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie zweidimensional ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 938 323;
Die Technik, Bd. 11, Heft 2, 1956, S. 68;
Annalen der Physik, 6. Folge, Bd. 14, 1954, S. 33 bis 35.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

& 909 557/345 6.59