DE748124C - Device for generating an intense ion beam at very high speed - Google Patents

Description

Einrichtung zur Erzeugung eines intensiven lonenstrahles sehr hoher Geschwindigkeit Es ist bekannt, daß positive Ionen in neutrale Teilchen und diese in negative Ionen, und umgekehrt negative Ionen auf dem Um-«-eg über neutrale Teilchen in positive Ionen durch Umladung verwandelt werden können. Es ist ferner bekannt, durch mehrfache Nachbeschleunigung Ionen sehr hoher Geschwindigkeiten zu erteilen. Bei den bekannten `'erfahren wird jedoch von positiven Ionen ausgegangen. Diese werden beschleunigt und anschließend umgeladen- Sie durchlaufen in ungeladenem Zustand als neutrale Teilchen ein Gegenfeld, werden dann wieder zu positiven Ionen umgeladen und abermals beschleunigt. Bei den bekannten Verfahren geschieht dies mehrfach hintereinander. Dabei geht jedoch die Intensität sehr stark zurück, da die Umladung der positiven Ionen zu neutralen Teilchen bei hohen Spannungen nur init einer sehr kleinen Ausbeute vor sich geht. Diese beträgt nämlich nur etwa 0,1 0/0. Die Umladung von negativen Ionen zii neutralen,Teilchen und anschließende Umladung zu positiven Ionen geht mit bedeutend größerer Ausbeute vor sich.Device for generating an intense ion beam at very high speed. It is known that positive ions can be converted into neutral particles and these into negative ions, and vice versa, negative ions on the environment can be converted into positive ions via neutral particles. It is also known to emit ions at very high speeds by repeated post-acceleration. In the case of the known `` 'experiences, however, positive ions are assumed. These are accelerated and then recharged - they pass through an opposing field in an uncharged state as neutral particles, are then recharged to positive ions and accelerated again. In the known methods, this is done several times in succession. In this case, however, the intensity drops very sharply, since the charge reversal of the positive ions to neutral particles at high voltages only takes place with a very small yield. This is namely only about 0.1 0/0. The charge reversal from negative ions to neutral particles and the subsequent charge reversal to positive ions takes place with significantly greater yield.

Unter günstigen Umständen wird das Verhältnis der Zahl der positiven Ionen zur Zahl der negativen Ionen immer gröller, so date bei genügend hohen Spannungen der größte Teil der hineingeschossenen Ionen die Umladungsvorrichtung als positive Ionen vor-15, ßt.Under favorable circumstances, the ratio of the number of positive ions to the number of negative ions is always Gröller, the shot into ion date at sufficiently high voltages, most of the Umladungsvorrichtung as positive ions proposed 1 5, ßt.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung zur Erzeugung eines intensiven Ionenstrahls sehr hoher Geschwindigkeit, bei der negative Ionen, die durch Umladung positiver Ionen urzetigt sind, durch ein elektrisches Feld auf sehr hohe Geschwindigkeit beschleunigt, ans(IiIiel3end zu positiven Ionen umgeladen und als solche abermals durch ein elektrisches Fuld 1)esclileuitigt und der Auffangvorriehtting werden, wird daher eine ionenduelle vorgesehen, die negative Ionen geringer Geschwin digkeit liefert.In the device according to the invention for generating an intense Ion beam very high speed, in which negative ions are released by charge reversal positive ions are urzetigt by an electric field on very accelerated at high speed, ultimately recharged to positive ions and as such again by an electrical charge 1) esclileuitiert and the Auffangvorriehtting therefore an ion duel is provided, the negative ions slower dity delivers.

Die vorteilhafte Wirkung der erfindungs-@ gcnüil-@en Maßnahme beruht also darauf, daß inan vq-)n negativen Ionen geringer Geschwinrligkeit ausgeht, bei denen die UrnladewahrschoInlichkeit zti positiven Ionen auch noch nach ihrer Beschleunigung auf sehr hohe Geschwindigkeit bedeutend grö l:,er ist als die Vinladewahrscheinlichkeit positiver Ionen gleich grolaer Geschwindigkeit zti negativen Ionen. Es sind auch Multiplikatoren bekannt, bei denen aus der Ionenquelle stammende positive Ionen zunächst stark beschleunigt werden, und bei denen dann neben neutralen Teilchen auch negative Ionen aus diesen positivenIonen, die also einen erheblichen Bruchteil der Endgeschwindigkeit der zu erzeugenden Teilchen haben, durch Umladung gebildet ,werden. Au(li bei diesen bekannten Einrichlungen erfolgt also die Umladung von positiven Ionen zu negativen Ionen bei hoher Geschwindigkeit. Da die Umladungswahrscheinlichkeit dabei bedeutend geringer ist als bei niedriger Geschwindigkeit, sind die bekannten Anordnungen zur Irrzeugung eines intensiven Strahls positiver Ionen sehr großer Guschwindigkeit im Gegensatz zu der Einrichtung nach der Erfindung nicht geeignet. Besonders zweckmäßig ist es, die Quelle negativer Ionen, z. 13. eine Vorrichtung zur Umladung positiver Ionen in negative Ionen, und die Auffangvorrichtung zu erden und die zur Umladung der negativen Ionen in positive Ionen dienende I?lel;tro(le auf ein hohes Potential gegenüber den beiden geerdeten Elektroden zu bringen. Falls der Potentialunterschied. zwischen der Elektrode zur Umhidtutg der negativen Ionen in positive Ionen und den beiden geerdeten Elektroden gleich groß) ist. ist die Beschleunigung, die die negativen Ionen erfahren, gerade so groß wie die anschließende Beschleunigung der Teilchen nach ihrer Umladung zu positiven Ionen. Dieselben Teilchen durchlaufen also bei dieser Anordnung das Beschleunigungspotential zweintal. so daß sie auf den Auffänger finit einer Energie auftreffen, die der dein doppelten der angelegten Beschleunigungsspannung entspricht.The advantageous effect of the measure according to the invention is based that is, on the fact that inan vq-) n negative ions of low velocity emanate from which the likelihood of charging positive ions even after their acceleration at a very high speed, it is significantly greater than the vinlad probability positive ions have the same speed as negative ions. There are too Multipliers are known in which positive ions originating from the ion source are initially strongly accelerated, and then in addition to neutral particles also negative ions from these positive ions, which are therefore a considerable fraction the final velocity of the particles to be generated have been formed by charge reversal ,will. Au (li with these known facilities the reloading takes place from positive ions to negative ions at high speed. Since the reloading probability is significantly lower than at low speed, are the well-known Arrangements for generating an intense beam of very large positive ions In contrast to the device according to the invention, speed is not suitable. It is particularly useful to use the source of negative ions, e.g. 13. a device to recharge positive ions into negative ions, and to ground the collecting device and the I? lel, which is used to recharge the negative ions into positive ions; tro (le to bring it to a high potential compared to the two grounded electrodes. If the potential difference. between the electrode to reverse the negative ions in positive ions and the two grounded electrodes is the same). is the The acceleration experienced by the negative ions is just as great as the subsequent one Acceleration of the particles after their charge to positive ions. Same particles therefore run through the acceleration potential in this arrangement. so that they impinge on the interceptor with a finite energy that doubles that of yours corresponds to the applied acceleration voltage.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau atis, da nur ein einziger Isolator für lehrhohe Svaiinting zur Isolierung der Elektrode, in ,Icr die l`ntla<lunä der negativen zu positiven Ionen erfolbt, von den fiebrigen Elektronen erforderlich ist.The arrangement according to the invention is characterized by a special feature atis simple structure, as there is only one single insulator for full Svaiinting Isolation of the electrode, in, Icr the l`ntla <lunä the negative to positive Ions takes place, is required by the feverish electrons.

Die Uniladung der negativen Ionen in positive Ionen erfolgt entweder in einem Raum höheren Druckes oder durch vorzugsweise streifenden Aufprall auf eine Oberfläche oder durch den Durchtritt durch eine Folie. Falls .,die l-mladttng in einem Raum höheren Druk--kes vorgenommen wird, können die zur Regelung des Gasdruckes in diesem Umladungsraum erforderlichen Einrichtungen auch auf dein erwähnten Isolator für sehr hohe Spannung angebracht werden, während sich die Quelle negativer Ionen geringer Geschwindigkeit, der Auffänger sowie das Vakuumgefäß der Einrichtung auf Erdpotential befinden.The uni-charging of the negative ions into positive ions takes place either in a room of higher pressure or by preferably grazing impact on one Surface or through the passage through a film. If., The l-mladttng in a room with a higher pressure can be used to regulate the gas pressure The facilities required in this transhipment area also apply to the isolator mentioned above for very high voltage while being the source of negative ions low speed, the catcher as well as the vacuum vessel of the facility Ground potential.

Die Abbildungen zeigen in zum Teil scheinatischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die in der Ionenquelle i erzeugten positiven Ionen treten in den am Ende des Rohres 16 angeordneten Kanal 2 ein und werden dort vor denn Eintritt in den Entladungsrauen auf dein Umweg über neutrale Teilchen zum Teil zu negativen Ionen geringer Geschwindigkeit umgeladen. Dieser Strahl negativer Ionen geringer Geschwindigkeit wird durch das zwischen der Austrittsöffnung 2 und der durch einen Isolator ii vom Gehäuse isolierten positiv geladenen Hochspannungselektrode 5 bestehende Feld beschleunigt. Die Ionen durchfliegen den Kanal 6 dieser Elektrode, in den durch die rohrförmige Zuleitung 7 dauernd e ias eingeführt wird, so daß der Druck im Kanal 6 höher ist als ittt übrigen Raum 3 der Einrichtung, da mit der bei 8 angeschlossenen Pumpe dafür Sorge getragen wird, daß im Raum 3 stets ein möglichst niedriger Druck herrscht. Im Kanal 6 der Hochspannungselektrode 5 werden die negativen Ionen höherer Geschwindigkeit zu positiven Ionen umgeladen und durch das zwischen der Elekti-ode'5 und der Elektrode g herrschende Feld abermals beschleunigt, so daß sie mit sehr großer Geschwindigkeit in der Auffangvorrichtung io auf die zu bestrahlende Substanz treffen.The illustrations show a partially schematic representation Embodiment of the device according to the invention. The i generated positive ions enter the channel arranged at the end of the tube 16 2 and are there before entering the unloading darkness on your detour over neutral particles are partially recharged to negative ions of low speed. This low velocity beam of negative ions is driven by the between the Outlet opening 2 and the positive insulated from the housing by an insulator ii charged high voltage electrode 5 accelerates existing field. The ions fly through the channel 6 of this electrode into which e ias is introduced so that the pressure in channel 6 is higher than the rest of the space 3 of the device, since the pump connected to 8 ensures that that the pressure in space 3 is always as low as possible. In channel 6 of the high voltage electrode 5 the negative ions of higher speed are recharged to positive ions and again through the field prevailing between the electrode and the electrode g accelerated, so that they at very high speed in the catcher io hit the substance to be irradiated.

Abb.2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Einrichtung zur Umladung, die an Stelle der Hochspannungselektrode 5 zu verwenden ist. An dein Elektrodenhalter 17 ist die ringförmige Elektrode 12 angebracht, die in der Mitte eine Folie 13 trägt, die von den negativen Ionen getroffen wird. Beim Durchtritt durch diese Folie werden die Ionen in positive Ionen umgeladen und dann gerade so wie bei dein ersten Ausführungsbeispiel als solche abermals beschleunigt.Fig.2 shows as a further embodiment a device for Charge reversal, which is to be used in place of the high-voltage electrode 5. To your electrode holder 17 the ring-shaped electrode 12 is attached, which carries a foil 13 in the middle, which is hit by the negative ions. When passing through this foil will be the ions are reloaded into positive ions and then just like in your first embodiment as such accelerated again.

Die Abb. 3 und d. zeigen zwei verschiedene _@usführunhsforinen einer zur Umladung durch streifenden Aufprall eeigneten Hoch-?M spannungselektrode. Die ringförmigen Körper i_.1 und 15 sind so geformt, daß eine möglichst vollkommene Umladung der eintretenden negativen Ionen in positive Ionen eintritt.Fig. 3 and d. show two different _ @ usführunhsforinen one high-? M suitable for reloading through grazing impacts voltage electrode. The annular body i_.1 and 15 are shaped so that a perfect as possible Charge reversal of the incoming negative ions into positive ions occurs.

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE i. Einrichtung zur Erzeugung eines intensiven lonenstrahls sehr hoher Geschwindigkeit; bei der negative Ionen, die durch Umladung positiver Ionen erzeugt sind, durch ein elektrisches Feld auf sehr hohe Geschwindigkeit beschleunigt, anschließend zu positiven Ionen umgeladen und als solche abermals durch ein elektrisches Feld 'beschleunigt und der Auffangvorrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ionenquelle vorgesehen ist, die negative Ionen geringer Geschwindigkeit liefert. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle negativer Ionen, z. B. eine Vorrichtung zur Umladung positiver Ionen, und die Auffangvorrichtung geerdet sind und daß die zur Umladung der negativen Ionen dienende Elektrode ein hohes Potential gegenüber diesen beiden geerdeten Elektroden aufweist. 3. Einrichtung nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raum höheren Druckes zur Umladung der negativen Ionen vorgesehen ist. Einrichtung nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung der positiven Elektrode .mit einer zur Gaszuführung dienenden Bohrung versehen ist. 5. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die negativen Ionen zur Umladung streifend auf die positive Elektrode geschossen werden. 6. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, klaß die negativen Ionen zur Umladung durch eine Folie geschossen werden. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Naturwissenschaften, Bd. 2o (i932), S.743; Physikalische Zeitschrift, Bd.34 (1933), S. 478/79; Annalen der Physik, Bd. 6 (193o), S. 957; Annalen der Physik, Bd. 27 (1936), S. 299 bis 302; Handbuch der Physik, KXII/2, S. 112.PATENT CLAIMS i. Device for generating an intense ion beam very high speed; in the case of negative ions, which become more positive through charge reversal Ions are generated, accelerated to very high speed by an electric field, then recharged to positive ions and as such again by an electrical one Field 'accelerated and fed to the collecting device, characterized in that that an ion source is provided, the negative ions of low velocity supplies. Device according to Claim i, characterized in that the source is more negative Ions, e.g. B. a device for reloading positive ions, and the collecting device are grounded and that the electrode used to charge the negative ions is a has a high potential with respect to these two grounded electrodes. 3. Establishment according to claim i and a, characterized in that a space of higher pressure for Reloading of the negative ions is provided. Device according to claim i and the following, characterized in that the lead of the positive electrode .mit one to Gas supply serving hole is provided. 5. Device according to claim i and 2, characterized in that the negative ions graze on the charge reversal positive electrode to be shot. 6. Device according to claim i and 2, characterized marked, let the negative ions shot through a foil for charge reversal will. To distinguish the subject of the application from the state of the art, im The following publications have been considered for the granting procedure: natural sciences, Vol. 2o (1932), p.743; Physikalische Zeitschrift, Vol. 34 (1933), pp. 478/79; annals der Physik, Vol. 6 (193o), p. 957; Annalen der Physik, Vol. 27 (1936), pp. 299 bis 302; Handbook of Physics, KXII / 2, p. 112.