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FR2647594A1 - Ion source of very high intensity - Google Patents

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FR2647594A1
FR2647594A1 FR8907013A FR8907013A FR2647594A1 FR 2647594 A1 FR2647594 A1 FR 2647594A1 FR 8907013 A FR8907013 A FR 8907013A FR 8907013 A FR8907013 A FR 8907013A FR 2647594 A1 FR2647594 A1 FR 2647594A1
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/08Ion sources; Ion guns using arc discharge
    • HELECTRICITY
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    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
    • H01J27/26Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Electron Sources, Ion Sources (AREA)

Abstract

Ion source with ionisation by electron bombardment, in which the combined action of a uniform magnetic induction B, and a radial electrostatic field E, perpendicular to B, makes it possible, based on electron emission from a short filament of length I, to establish an ionising space charge over the whole outline of the source. The ions accelerated by E towards the centre of the source are then focused by a suitable optic on the axis of the system which exhibits axisymmetry. If the radius of the source is R, the ion current extracted is 2 pi R/l times larger than the current extracted from a conventional source using the same filament.

Description

SOURCE IONIQUE A TRES HAUTE INTENSITE
Dans les sources ioniques classiques, le volume utile d'ionisation est proportionnel à la longueur très limitée du filament émetteur d'électrons ionisants.
VERY HIGH INTENSITY IONIC SOURCE
In conventional ion sources, the useful ionization volume is proportional to the very limited length of the filament emitting ionizing electrons.

La présente invention propose une source à volume d'ionisation très grand, indépendant de la longueur du filament, ayant ainsi un rendement beaucoup plus élevé.The present invention provides a source with a very large ionization volume, independent of the length of the filament, thus having a much higher efficiency.

La source (fig I et 11) est constituée essentiellement par une anode longue a et une grille b parallèle à a. L'anode a présente une section en
: les parties horizontales a sont percées sur quasi toute leur longueur de deux fentes m en vis à vis. Enfin, une électrode c encadre complètement a. Le filament émetteur d'électrons f est tendu en vis à vis et parallèlement à m, à une extremité de celle ci et entre a et c.
The source (fig I and 11) consists essentially of a long anode a and a grid b parallel to a. The anode has a section in
: the horizontal parts a are drilled over almost their entire length by two slots m opposite. Finally, an electrode c completely frames a. The electron-emitting filament f is stretched opposite and parallel to m, at one end thereof and between a and c.

L'ensemble baigne dans une induction magnétique uniforme B, perpendiculaire au plan de a'.The whole is bathed in a uniform magnetic induction B, perpendicular to the plane of a '.

Un champ électrostatique E quasi uniforme et perpendiculaire à B est établi entre a et b. Le filament f est polarisé négativement par rapport à a et l'électrode c (repousseur d'électrons) est polarisé négativement par rapport à f.An almost uniform electrostatic field E perpendicular to B is established between a and b. The filament f is negatively polarized with respect to a and the electrode c (electron repeller) is negatively polarized with respect to f.

Les électrons émis par f et injectés entre a et b, parallèlement à B sont soumis à l'action d'un système de champs croisés E, B. La projection du mouvement dans un plan perpendiculaire à B est une cycloïde très serrée autour d'une ligne équipotentielle de E (mouvement circulaire combiné avec une dérive de vitesse v=- - dans
B
une direction perpendiculaire au plan E,B).
The electrons emitted by f and injected between a and b, parallel to B are subjected to the action of a system of crossed fields E, B. The projection of the movement in a plane perpendicular to B is a very tight cycloid around an equipotential line of E (circular motion combined with a speed drift v = - - in
B
a direction perpendicular to the plane E, B).

En même temps, sous l'effet du champ répulsif entre a et c, ils
oscillent dans un plan parallèle à 3, défini par les fentes m. Un ruban
de charge d'espace électronique d'épaisseur très petite pratiquement
égale à celle de f est ainsi établie en coïncidence avec une surface
équipotentielle de E sur toute la longueur L de l'anode a. les ions
formés et accélérés à travers la grille b sont donc quasi
monocinétiques.
At the same time, under the effect of the repulsive field between a and c, they
oscillate in a plane parallel to 3, defined by the slots m. A ribbon
very small thickness electronic space charge
equal to that of f is thus established in coincidence with a surface
equipotential of E over the entire length L of the anode a. the ions
formed and accelerated through grid b are therefore almost
monocinetics.

Le rendement d'une telle source peut être, avec un filament de même
longueur 1, L fois plus grand que celui des sources conventionnelles.
The output of such a source can be, with a filament of the same
length 1, L times larger than that of conventional sources.

Un dispositif analogue peut être réalisé avec une symmétrie axiale
(fig. 111). Les électrodes a, b, c sont alors des cylindres et le champ E
n'est plus uniforme mais radial.
A similar device can be produced with axial symmetry
(fig. 111). The electrodes a, b, c are then cylinders and the field E
is no longer uniform but radial.

La charge d'espace électronique devient un ruban circulaire fermé sur
lui-même.
The electronic space charge becomes a closed circular ribbon on
himself.

Avec cette géométrie, les ions injectés dans l'espace limité par b peuvent être facilement focalisés et introduits, par exemple, dans un spectrographe de masse. La figure IV schématise un tel dispositif : à l'intérieur du volume b, une grille cylindrique d ralentit les ions qui sont ensuite facilement focalisés par les deux électrodes - trous g et h ; I'ouverture axiale dans h peut être très petite,ce qui permet de maintenir un gradient important de pression entre la source et l'espace d'utilisation du faisceau ionique.With this geometry, the ions injected into the space limited by b can be easily focused and introduced, for example, into a mass spectrograph. Figure IV shows schematically such a device: inside the volume b, a cylindrical grid d slows down the ions which are then easily focused by the two electrodes - holes g and h; The axial opening in h can be very small, which makes it possible to maintain a large pressure gradient between the source and the space of use of the ion beam.

L'ensemble source et système de focalisation présente la symmétrie de révolution autour d'un axe parallèle à B.The source and focusing system assembly has the symmetry of revolution around an axis parallel to B.

Remarquons encore que pour des valeurs convenables de E et B, il est facile de bloquer l'introduction dans le dispositif de focalisation d, g, h ds ions légers tel que He, ce qui constitue un avantage important pour certaines applications. Note again that for suitable values of E and B, it is easy to block the introduction into the focusing device d, g, h of light ions such as He, which constitutes an important advantage for certain applications.

Cette nouvelle source ionique à très grande intensité est destinée à alimenter les spectrographesde masse et les canons à ions. This new very high intensity ion source is intended to power mass spectrographs and ion cannons.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1- Souce ionique, à ionisation par bombardement électronique, caractérisée par le fait que la chambre d'ionisation est constituée d'une part, par une anode (a) de section en U, de longueur L, dont les deux flans horizontaux (a') sont munis de deux fentes parallèles (m) en vis à vis, de longueur presque égale à L ; d'autre part, par une grille (b) parallèle à (a); par le fait qu'une électrode (c) encadre complètement l'anode (a) ; par le fait que le filament émetteur d'électrons (f) de longueur I, est tendu entre (a) et (c), parallèlement et en vis à vis de (m) ; par le fait qu'un champ électrostatique E est appliqué entre (a) et (b); par le fait que l'ensemble baigne dans un champ d'induction magnétique B uniforme et perpendiculaire au champ E ; par le fait que (f) est polarisé négativement par rapport à (a) et que (c) est polarisé négativement par rapport à (f); par le fait que les électrons sont injectés parallèlement à B, à travers les fentes m, dans l'espace compris entre (a) et (b) ; par le fait que dans le système de champs croisés B,E entre (a) et (b) et aussi sous l'effet du champ répulsif entre (c) et (a), les électrons forment une charge d'espace électronique en forme de ruban sur toute la longueur L du système, avec une épaisseur approximativement égale à celle de (f) et en superposition avec une surface équipotentielle du champ E ; par le fait que les ions accélérés par E sont quasi monocinétiques. L'intensité d'une telle source est L/I fois plus grande au moins que celle d'une source conventionnelle utilisant un filament de même longueur 2 - Source ionique suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le système a la symmétrie axiale, I'axe de symmétrie étant parallèle à l'induction B ; par le fait que la charge d'espace électronique est ainsi un ruban fermé sur lui-même.CLAIMS 1- Ion source, with electron bombardment ionization, characterized in that the ionization chamber consists on the one hand, by an anode (a) of U-section, of length L, of which the two horizontal blanks ( a ') are provided with two parallel slots (m) facing each other, of length almost equal to L; on the other hand, by a grid (b) parallel to (a); by the fact that an electrode (c) completely frames the anode (a); by the fact that the electron-emitting filament (f) of length I, is stretched between (a) and (c), in parallel and opposite (m); by the fact that an electrostatic field E is applied between (a) and (b); by the fact that the whole bathes in a magnetic induction field B uniform and perpendicular to the field E; by the fact that (f) is negatively polarized with respect to (a) and that (c) is negatively polarized with respect to (f); by the fact that the electrons are injected parallel to B, through the slits m, in the space between (a) and (b); by the fact that in the system of crossed fields B, E between (a) and (b) and also under the effect of the repulsive field between (c) and (a), the electrons form a charge of electronic space in form tape over the entire length L of the system, with a thickness approximately equal to that of (f) and superimposed on an equipotential surface of the field E; by the fact that the ions accelerated by E are quasi monocinetic. The intensity of such a source is L / I at least greater than that of a conventional source using a filament of the same length 2 - Ion source according to claim 1, characterized in that the system has axial symmetry , The axis of symmetry being parallel to the induction B; by the fact that the charge of electronic space is thus a ribbon closed on itself. 3 - Source ionique suivant la revendication 1 et 2, caractérisée par le fait que, dans l'espace délimité par (b), une grille (d) ralentit les ions qui sont alors focalisés par deux électrodes-trous (g) et (h) sur l'ouverture axiale très petite de (h) ; par le fait que le système (d) (g)3 - Ion source according to claim 1 and 2, characterized in that, in the space delimited by (b), a grid (d) slows down the ions which are then focused by two electrode-holes (g) and (h ) on the very small axial opening of (h); by the fact that the system (d) (g) (h) est coaxial avec la source. (h) is coaxial with the source. 4 - Source ionique suivant les revendications 1,2 et 3, caractérisée par 4 - Ion source according to claims 1,2 and 3, characterized by le fait que le faisceau d'ions quasimonocinétique issu de l'ouverture the fact that the quasimonokinetic ion beam from the opening axiale très petite de (h), alimente un spectrographe de masse.  very small axial of (h), feeds a mass spectrograph.
FR8907013A 1989-05-29 1989-05-29 Ion source of very high intensity Withdrawn FR2647594A1 (en)

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