DE1917843A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Ionenbuendeln,insbesondere metallischen lonenbuendeln - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung von Ionenbuendeln,insbesondere metallischen lonenbuendelnInfo
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Mönch·« 60, ~ 8. April 1983
Unser Zeichen: C 2671
THOMSON-CSP
101 i Boulevard Murat, Paris l6e/Prankreich
101 i Boulevard Murat, Paris l6e/Prankreich
Vorrichtung zur Erzeugung von Ionenbündeln, insbesondere
metallischen Ionenbündeln
Bei einer bestimmten Anzahl von technischen Anwendungen der
angewandten Physik ist es erforderlich, daß man über Bündel intensiver positiver Ionen verfügt, welche geometrisch und
energetisch rut definiert sind.
Bu/ku
In
90 9842/126
BAD
In der Gasionisierungstechnik ist unter dem Namen DUOPLASMATRON
eine Vorrichtung bekannt, mit welcher es möglich ist, aus einem Gas, v/ie beispielsweise Wasserstoff, solche Ionenbündel
zu erzielen.
Wenn man jedoch statt Wasserstoffionen Ionen von anderen chemischen
Körpern5 beispielsweise von Metallen, zu erhalten
wünscht, erweist sich das Duoplasmatron als unbrauchbar, insbesondere infolge des schlechten Wirkungsgrades der Ionisation sowie aufgrund von Verunreinigungen und Niederschlägen,'
welche auf den Elektroden entstehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zur Erzeugung
und Beschleunigung von Ionen sehr unterschiedlicher Art (Bor, Aluminium, Indium3 Phosphors Arsen- Antimon und dergleichen).
Sie betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von intensiven Ionenbündeln durch Ladungsaustausch zwischen einem Plasma und
einem gegebenen chemischen Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Reaktionskammer aufweist 3 in welcher die
Ladungsaustauschvorfränge stattfinden, wobei diese Kammer eine
öffnung zur Einleitung eines Bündels dieses Plasmas, eine Einrichtung zur Einführung des genannten chemischen Körpers
in Gasphase in das genannte Bündel und eine zweite öffnung für den Austritt der in der Kammer erzeugten Produkte aufweist.
Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher
erläutert. Es zeigen - . "
Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, welche insbesondere das Ionisierungsirehäuse, eine
Vorrichtung zum Einbringen des zu ionisierenden Körpers, einen
Ionentrennmagneten und einen Metallzylinder zum Herausziehen
909842/1264 von
BAD ORiGiNAL
von Ionen aufweist, und
Figuren 2 bis 6 verschiedene Ausführungsformen der in einer
der Wände des Metallgehäuses befestigten Vorrichtungen.
Für den Fall der Figur 1 wird diese Vorrichtung und deren Wirkungsweise im folgenden beschrieben. Es wird jedoch bemerkt,
daß die anderen Ausführungsformen nach dem gleichen Prinzip
arbeiten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Metallgehäuse 3 mit
zwei öffnungen 2 und 5, einen Kanal 1J, welcher mit einem äusseren
Vorratsbehälter verbunden ist und in das Gehäuse mündet,
ein Gerät 6, welches ein Magnetfeld mit zur Zeichenebene senkrechter Richtung erzeugt und ,jenseits der zweiten öffnung 5
angeordnet 1st, sowie einen Metallzylinder 7 auf, welcher eine
Öffnunr 15 enthalt and ,jenseits der 2one des Magnetfelds angeordnet
ist. v.'obel dessen elektrisches Potential bezüglich des
Gehäuses curch eine Spannunrrsquelle 16 festgelegt ist.
Das Piasria., welches eine I'ischan^· aus Wasserstoffionpn und
Llektronen bildet anu bei 1 durch irgendeine zweckmäßige Einrieht
an fr« insbesondere beispielsweise ein Duoplasmatron, ersea-'t
v;irü, vrlm durch die f-ffnang 2 in das MetaUgehäuse 3
eingefiu.rt.. das ein Volumen auf Quasi-konstant em elektrischem
Potential bildet-5 in dem sich das ■ Plasma ausbreitet, bis es
eine Art von "blase'1 bildet»
f;rarK;i* viircl in folT#nden das I'etallgiihiase als AUs-
in vrelöher sich diese Äjsbraitung
Andererseit s
30984 2/1264
Andererseits wird in die Kammer der zu ionisierende Körper, ·\
beispielsweise in Gasform5 durch das Rohr 4 eingeleitetjwel
ches mit einem äußeren Vorratsbehälter.verbunden ist. ■'■'
Dieses Gas wird sodann Gegenstand zweier gleichzeitiger"Erscheinungen,
welche durch dessen Mischung mit dem Plasma her vorgerufen werden:
Die Elektronen des Plasmas ionisieren durch Stöße das
Gas G, indem sie demselben eim-Elektron entreißen und
zwar nach der Beziehung: · '
Neutral + e- * GIon+ + 2 e
Die Wasserstoffionen des Plasmas ionisieren ebenfalls
das Gas G durch Ladungsaustausch gemäß der Beziehung:
Gneutral + HIon+ * GIon+ + Hneutral*
Diese beiden Erscheinungen führen schließlich zur Erzeugung
von Ionen des betreffenden Gases, was das durch die erfindungs-.
gemäße Vorrichtung zu erreichende Zie.l darstellt.
Diese Ionen, welche mit Elektronen vermischt sind, wie die Reaktion (l) zeigt und welche auf diese Weise ein neues Plasma
bilden, verlassen durch die Öffnung: 5 die Ausdehnungskammer
in Form eines für1 die Anwendungen brauchbaren Bündels.
Dieses Bündel ist mit einigen Wasserstoff ionen "verunreinigt1',
welche nicht reagiert haben, und man kann dasselbe mit einer geeigneten,
beispielsweise magnetischen Trenneinrichtung 6 rei
nigen, 098Λ2/12 64 """—"
nigen, in der diese leichten Ionen Plugbahnen, wie die Plugbahn
8, beschreiben, während die nutzbaren, schwereren und
daher weniger abgelenkten. Ionen Plugbahnen, wie die Plugbahn
9, beschreiben. ·
Andererseits kann man bei bestimmten Anwendungen, bei welchen man ein Ionenbündel und nicht ein Plasma wünscht, aus diesem
die unerwünschten Elektronen herausziehen, indem man an seiner
Bewegungsbahn eine Metallelektrode 7 mit Zylinderform anordnet, welche auf ein zweckmäßiges Potential bezüglich der Ausdehnungskammer
gebracht ist;, so daß die im Bündel vorhandenen
freien Elektronen abgefangen v/erden:
Schließlich ist es möglich, das Bündel der ionisierten Dämpfe durch einen Durchgang durch ein Gas zu neutralisieren, indem
das Metallion das für seine Weutralisierung erforderliche Elektron
einfängt und trotzdem seine kinetische Energie beibehält.
Man erhält auf diese Weise eine Quelle von neutralen, fokussierten
und beschleunigten Molekülen.
Die Einführung des gemäß der Erfindung zu ionisierenden Gases oder Dampfes kann Je nach der Art desselben in verschiedenen
Formen durchgeführt werden:
Figur 1 zeigt die Vorrichtung gemäß einem ersten Verfahren,
welches als "Kaltverfahren" bezeichnet wird und bei dem man, wie oben ausgeführt.., das Π-as direkt durch einen Kanal oder
ein Rohr in die Ausdehnungskammer einleitet. Dies ist·beispielsweise
bei Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen der Pail»
Figur 2 bezieht sich auf den Fall eines Dampfes, welcher bei-
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8AD ORIGINAL
spielsweise aus einem Metallkörper erhalten wurde. Man. erzeugt
denselben außerhalb^ der Kammer in einem getrennten Gehäuse,
bevor man ihn in den Kanal k leitet. Man kann so einen
Dampfstrahl erhalten, welcher beispielsweise in Querrichtung die Ausdehnungskammer durchsetzt und dessen kinetische Energie
von einem Kondensationssammier 10 absorbiert wird, der gegenüber der Kanalöffnung angeordnet ist.
Figur 3 bezieht sich auf ein zweites Verfahren, bei welchem man den Dampf aus dem betreffenden chemischen Körper direkt
im Gehäuse erzeugt. In der Ausdehnungskammer ist eine Ausnehmung 11 hergestellt, in v/elcher man den Körper in festem Zustand
anordnet. Wenn der Dampfdruck desselben hoch ist, kann er unter der Einwirkung von Kalorien verdampft werden, welche
durch die Plasmablase selbst geliefert werden. Dies ist beispielsweise bei Lithium der FaIl5 welches in Pulverform hergestellt
ist and peg.en 200° verdampft.
In dem allgemeineren PaIl5 in dem eine höhere Temperatur erforderlich
ist, ordnet man in der Wandung der Ausdehnungskammer einen Ofen oder Herd an, welcher durch äußere Energiezuführung
erhitzt wird.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher
man den Joulesehen Effekt mittels eines in der Wandung angeordneten
Heizdrahtes 13 ausnützt.
Figur 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform Λ bei welcher man
eine elektronische Beschießung der Wand aufgrund einer heißen
Kathode 14 ausnützt. welche direkt oder indirekt geheizt wird
und bezüglich der Wandung auf ein negatives Potential gebracht ist.
909842M26Ä
—' 7 — ' '
Figur 6 bezieht sich auf den Fall, daß der chemische Körper
flüssig ist, beispielsweise daß er aus Quecksilber besteht. Man ordnet denselben in einer Ausnehmung oder einer hohlen
Rinne 12 in der Wandung der Ausdehnungskammer an.
Patent ansprüche 9842/1264
Claims (11)
1.)Vorrichtung zur Erzeugung von intensiven lonenbündeln durch
Ladungsaustausch zwischen einem Plasma und einem gegebenen
chemischen Körper, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Reaktionskammer aufweist, in welcher die Ladtfngs- ,'
austauschvorgänge stattfinden, wobei diese Kammer eine öffnung zur Einleitung eines Bündels dieses Plasmas, eine Einrichtung zur Einführung des genannten chemischen Körpers in
■ Gasphase in das genannte Bündel und eine zweite Öffnung für
den Austritt der in der Kammer erzeugten Produkte aufweist. ,
2. Vorrichtung nach Anspruah ls dadurch gekennzeichnet, daß die
Kammer derartige Abmessungen aufweist, daß das Bündel sich.in Form einer Blase ausbreiten kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einführungseinrichtung aus einem rohrförmigen Kanal besteht, welcher in die Kammer mündet. " . " '
k. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
der Teil der Wandung der Reaktionskammer, welcher gegenüber der Öffnung des rohrförmigen Kanals angeordnet ist,
aus einem hitzebeständigen Material besteht,
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einführungseinrichtung aus einer Ausnehmung besteht, welche in einer Wandung der Reaktionskammer ausgebildet und in welcher
der chemische Körper angeordnet 1st.
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ORIQINALiNSPECTED
_ 9 - ■
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführungseinrichtung aus einer Ausnehmung, welche in einer
Wandung der Reaktionskammer ausgebildet und in welcher der chemische Körper angeordnet ist, und aus einer Heizeinrichtung
des zu verdampfenden .chemischen Körpers besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß-die
Heizeinrichtung aus einem von einem elektrischen Strom durchflossenen Metalldraht besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Heizeinrichtung aus einer Elektronenquelle besteht, welche gegenüber einer Wandung der Reaktionskammer angeordnet und bezüglich
dieser auf ein negatives elektrisches Potential gebracht ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach der zweiten Öffnung eine Einrichtung zum Herausziehen
eines Bündels von reinen Ionen des chemischen Körpers aus den erzeugten Produkten aufweist,
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eünrichtung zum Herausziehen aus einer magnetischen Anlage
besteht", welche ein Magnetfeld mit derartiger Richtung erzeugt,
daß es unterschiedliche Flugbahnen für die verschiedenen, in den genannten Produkten vorhandenen Ionen bestimmt.
11. Vorrichtung nach Anspruch.9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum Herausziehen ein System von Elektroden
aufweist, welche bezüglich der Reaktionskammer auf ein derartiges
Potential gebracht sind, daß sie die in den genannten Produkten vorhandenen freien Elektronen auffangen.
.909842/1-264
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