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Etre
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Tre
(3)
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Ano
(2)
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Rige
(1)
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Cou
(1)
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Nal
(1)
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Physical
(12/ 13)
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100 m
(2)
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10 m
(1)
[15][_]
50 percent
(1)
[16][_]
20 percent
(1)
[17][_]
100 ohms
(1)
[18][_]
10 ohms
(1)
[19][_]
50 Hz
(1)
[20][_]
de 10 percent
(1)
[21][_]
de 2,5 min
(1)
[22][_]
3,1 min.
(1)
[23][_]
de 1 m
(1)
[24][_]
de 45 mm
(1)
[25][_]
Molecule
(7/ 10)
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tantalum
(3)
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helium
(2)
[28][_]
graphite
(1)
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tungsten
(1)
[30][_]
calcium
(1)
[31][_]
xenon
(1)
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bismuth
(1)
[33][_]
Polymer
(1/ 2)
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Rayon
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Organism
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precis
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2518804A1
Family ID 2046737
Probable Assignee Schwerionenforsch Gmbh
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title SOURCE D'IONS A FORTE INTENSITE
Abstract
_________________________________________________________________
A.SOURCE D'IONS A FORTE INTENSITE.
Description
_________________________________________________________________
1 - "Source d'ions a forte intensite" L'invention concerne une source
d'ions a forte intensite, destinee a produire des faisceaux ioniques a
partir de gaz, et en particulier de materiaux non-vola- tils.
On utilise des faisceaux d'ions a faible char-
ge, d'environ 10 a 100 m A, dans l'exploitation des separa-
teurs de masses et dans les installations d'implantation d'ions Il est
de meme possible, dans les accelerateurs d'ions lourds, d'augmenter
l'intensite finale en utilisant une source de forte intensite,
emettant des ions a charge simple ou multiple Il est dans ce cas
particulierement interessant d'utiliser des ions d'elements non
volatils,
ce qui donne a leur production une tres grande importance.
On connait deja une source d'ions pour se-
parateur de masses (Buch, Dearnaly Preeman, Nelson, Stephen, Ion
implantation, North Holland Publ Comp, Amsterdam (1973) pages
326-328), dont les filaments chauffants sont
rigoureusement paralleles et disposes a une distance prede-
terminee de la fente d'extraction, la largeur de la fente
d'extraction etant correlee a la position du filament chauf-
fant et produisant un courant ionique allant jusqu'a 10 m A.
Ce dispositif, en l'etat actuel de la techni-
que, presente des inconvenients, qui resident essentielle-
ment en ce que le faisceau ionique possede une section transversale
rectangulaire et etroite, que la source d'ions
: L 2518804
2.-
n'assure une combustion uniforme que dans une plage extre-
mement etroite des parametres de marche, les fluctuations de ces
parametres detruisant la compensation de la charge d'espace du
faisceau ionique et provoquant une divergence plus elevee et que la
densite du plasma ne peut pas 8 tre
adaptee a une geometrie d'extraction predeterminee et pou-
vant etre librement choisie; qu'il n'est pas possible, par
une augmentation de l'aire d'extraction, d'obtenir une in-
tensite plus elevee du courant ionique; qu'un filament chauffant de
grande longueur, qui serait necessaire si l'on avait une fente plus
longue, se deforme facilement en
cours d'utilisation; que le corps de la source est cons-
truit partiellement en graphite, materiau dans lequel le revetement
diffuse; que la source doit etre installee dans une grande enceinte
sous vide; et qu'il est necessaire
d'avoir a disposition un champ magnetique exterieur homo-
gene. L'invention a pour but de creer une source
d'ions a grande intensites, permettant de produire des fais-
ceaux ioniques d'intensit 6-plus elevee, avec des sections
transversales de faisceaux predeterminees et pouvant 8 tre
adaptes a des conditions de marche predeterminees.
Le but de l'invention est resolu grace au dispositif presente dans la
partie caracteristique de la
revendication 1.
La source d'ions a haute intensite selon l'in-
vention, presente en particulier les avantages suivants: il est
possible de produire des faisceaux ioniques uniformes, de section
transversale predeterminee, a partir de materiaux non-volatils, avec
une tres faible emittance et une tres faible divergence; on peut
utiliser dans la source un grand
nombre de materiaux; l'energie du faisceau peut etre re-
glee entre environ 5 et 100 ke V, et l'intensite du faisceau peut etre
reglee entre environ 1 et 100 m A; on peut produire jusqu'a 50 percent
d'ions a double charge et jusqu'a 20 percent d'ions 3.- a plusieurs
charges; apres la montee en temperature, il est
possible de travailler sans gaz auxiliaire; il est possi-
ble de decoupler les uns des-autres, les effets de la puis-
sance de decharge, de la cathode et du four; il est possi-
bls de travailler sans enceinte sous vide; enfin, l'entre-
tien et les reglages sont considerablement simplifies.
Il est possible, a l'aide de la source d'ions a haute intensite, selon
l'invention, de produire des ions positifs de-tous les elements dont
la pression de vapeur
est superieure a environ 1 mb a environ 150000 Les ele-
ments ayant une pression de vapeur plus faible peuvent etre
utilises sous la forme de composes volatils, et, dans cha-
que cas, on constate sur les parois de la source une con-
densation de l'element souhaite plus faible que dans le cas d'une
source froide Il est possible d'utiliser sans
probleme des gaz inertes dans cette source.
L'invention sera mieux comprise en regard de
la description ci-apres et des dessins annexes, qui repre-
sentent des exemples de realisation de l'invention, des-
sine dans lesquels: la figure 1 est une coupe simplifiee d'une source
d'ions a haute intensite, la figure 2 est une bride d'anode, la figure
3 presente la configuration du champ dans la chambre de decharge, pour
une polarisation radiale des aimants permanente, la figure 4 presente
la configuration du
champ dans la chambre de decharge pour une polarisation tan-
gentielle des aimants permanente; la figure 5 est le schema electrique
de la
source d'ions a haute intensite.
La figure 1 presente une coupe axiale, simpli-
fiee, de la source d'ions a haute intensite, Le dispositif
comprend trois modules, savoir une chambre 1, cathode-
four, produisant la vapeur a ioniser; une substance source 4.-
principale 2, destinee a ioniser la vapeur; et une unite d'extraction
3, qui evacue les ions; ces trois modules sont
relies les uns aux autres d'une maniere etanche et presen-
tent un axe commun 4 -
le four et la cathode forment un ensemble uni-
que, dont les pieces de construction sont reliees mecanique-
ment les unes aux autres, mais sont essentiellement decou-
ples d'un point de vue electrique et thermique.
Une douille 6, a forte epaisseur de paroi, chauffee par des
conducteurschauffants 7 disposes sur son
cote exterieur dans la direction de l'axe 4 et qui chauf-
fent la chambre de four 5 par rayonnement et conduction
thermique, est disposee contre une chambre de four cylin-
drique 5, sur le c 8 te dirige vers le corps source principale 2 On
utilise en tant que conducteurs chauffants 7 des fils metalliques en
spirale, ou des bandes, en tantalum ou en tungsten. la chambre de four
5 presente un alesage 8 destine -a recevoir un tuyau 9 de four, a
mince epaisseur de paroi, passant par la douille 6 et une ouverture
10,
opposee a l'alesage 8 dans la direction de l'axe 4, desti-
nee a la mise en place d'une substance a vaporiser, ouver-
ture pouvant etre fermee par un couvercle 11.
le tuyau de four 9 est fixe a demeure, a l'aide d'un manchon 12, a un
conducteur interieur de cathode 13, tubulaire, lequel, en son
extremite libre, presente des orifices de sortie de gaz 14, et sur le
cote exterieur duquel sont disposes plusieurs fils spirales de
tantalum,
comme emetteur 15.
la chambre de four 5 est reliee, par l'inter-
mediaire de boulons axiaux 16 et de bandes 17 radialement
raccordees aux extremites des boulons 16 a un disque sup-
port de four 18, lequel supporte le tuyau de four 9 par
l'intermediaire de goujons filetes axiaux 19 et d'un disque
support de manchon 20, qui soutient le manchon 12.
5.- Le disque support de four 18 est repris par une bride de four 21,
laquelle est obturee d'une maniere etanche au vide, a l'aide d'un
couvercle 22, en son cste
oppose au tuyau de four 9, et presente un premier canal-
de refroidissement 23. La bride de four 21, une bride de conducteur
chauffant 24, une bride emetteur 25 et une bride de raccorde-
ment 26 sont toutes isolees electriquement les unes des autres par une
bague ceramique 27, et elles sont reliees les unes aux autres d'une
maniere etanche au vide grace a des joints toriques 28, La bride de
four 21 et la bride de raccordement 26 sont fixees a demeure l'une a
l'autre a
l'aide de boulons filetes 29 isoles et disposes a l'exte-
rieur de la bride 24 des conducteurs chauffants et de la
bride 25 des emetteurs La bride 24 des conducteurs chauf-
fants presente un deuxieme canal de refroidissement 30, la
bride 25 des emetteurs presente un troisieme canal de re-
froidissement 31 * les bagues ceramiques 27 sont protegees contre une
vaporisation par des bagues de protection 32,
33, 34.
Il est possible d'adapter la temperature du four a differentes
conditions de marche (puissance maximale de chauffage, pression de
vapeur necessaire) grace au choix approprie du materiau de la
suspension de la chambre de four 5, suspension composee de boulons
d'ecartement 16 et des bandes 17 Les bandes 17 sont elastiques et
assurent
une compensation des variations de longueur d Oes a la cha-
leur. Les pertes thermiques de la chambre de four 5
provoquees par le rayonnement thermique peuvent etre redui-
tes grace a un premier bouclier thermique 35 dispose dans le couvercle
22, un deuxieme bouclier thermique 36 dispose a la peripherie de la
chambre de four 5 et un troisieme bouclier thermique 37 dispose dans
la zone des entretoises 19. 6.- Le disque 20 supportant le tuyau de
four 9
se compose, au contraire du four 9 a mince epaisseur de pa-
roi d'un element bon conducteur de l'electricite et de la
chaleur, de sorte que la temperature du four ne subit prati-
quement pas l'influence des variations de la temperature de
cathode et des conditions de decharge Grace a un choix ap-
proprie du materiau et de la section transversale, et grace
a des revetements galvaniques, en particulier des entretoi-
ses 19, il est possible d'ajuster la temperature au point de
raccordement entre le tube de four 9 et le conducteur
interne de cathode 13.
le disque 20 destine a supporter le manchon et servant a la suspension
du tuyau de four 9, de meme qu'un disque support 38, destine a
supporter l'emetteur, raccorde a la bride 25 de l'emetteur et recevant
les fils de tantalum de l'emetteur 15, presentent une section
transversale en forme de U dans le sens de l'axe 4 t de sorte que,
dans le cas d'un gradient eleve de temperature, le seul deplacement
possible soit un deplacement axial.
La vapeur produite dans la chambre de four 5
est conduite, par le tuyau de four 9 et le conducteur inte-
rieur de cathode 13, vers les orifices de sortie de gaz 14.
Dans cet exemple de realisation, c'est la chambre de four 5
qui est le composant le plus froid Toute formation de con-
densat dans le tuyau de four 9 et dans le conducteur interne
de cathode 13 est supprimee l'effet d'etranglement des tu-
yaux 9 et 13, de grande longueur, transportant la vapeur,
reduit par ailleurs l'effet des rapides fluctuations de pres-
sion dans la chambre de four 5.
Il est possible d'introduire la substance a vaporiser dans la chambre
de four 5 apres avoir enleve le
couvercle 22 fixe d'une maniere etanche au vide a la premie-
re bride 21 a l'aide d'une etancheite metallique 39, le
premier bouclier thermique 35 et le couvercle 11.
Le corps source principale 2 se compose essen-
7.- tiellement d'un tube d'anode 50, entourant le conducteur interne
de cathode 13 et dispose coaxialement a ce dernier, d'une
electrodereflecteur 52, annulaire, disposee contre les faces frontales
du tube d'anode 50 et penetrant dans l'espace de decharge 51, et d'une
bride d'anode 53 avec
une chambre annulaire 54, etanche au vide, entourant com-
pletement le tube d'anode 50, chambre annulaire dans la-
quelle sont disposes des aimants permanents 55 destines a creer dans
la chambre de decharge 51 un champ multipolaire
lineaire.
La construction separee du tube d'anode 50 et de la chambre annulaire
refroidie 54 permet de maintenir a faible temperature les aimants
permanents 55, sensibles a la temperature, disposes dans la chambre
annulaire, bien que la temperature du tube d'anode 50 puisse etre
d'environ
200000 C.
Bien evidemment, il est aussi possible d'ins-
taller un bouclier thermique entre le tube d'anode 50 et
la chambre annulaire 54.
les extremites du tube d'anode 50 peuvent etre serrees entre un
premier et un deuxieme disques d'anode 56, 57, ces deux disques etant
plans et radiaux Chacun des disques d'anode 56, 57 est visse, au
niveau de son bord exterieur, a un anneau porteur 58, lequel, par
ailleurs,
est relie a l'un des c 8 tes de la bride d'anode 53 La lon-
gueur axiale des anneaux porteurs 58 est fixee de telle ma-
niere que la distance axiale entre les c Otes exterieurs des anneaux
porteurs 58 soit plus faible que-la longueur axiale du tube d'anode,
qu'il y ait une deformation des disques de fixation 56, 57, et que
leur deformation, qui
se produit a une temperature de marche elevee, ne s'effec-
tue que dans la direction de l'axe 4 de la source d'ions.
Les electrodes a reflecteur 52 sont centrees chacune dans l'alesage
d'un disque de reflecteur 59, ces disques presentant une section
transversale repliee dans le 8 - sens axial et etant chacun reliee a
une bride en bout 60, 61. La-bride d'anode 53 est electriquement
isolee des brides en bout 60, 61 par des bagues-ceramiques 62, et elle
est reliee d'une maniere etanche au vide par des joints
toriques 65 -
les brides en bout 60, 61 ainsi que la bride d'anode 53, presentent
des canaux de refroidissement 64, 65 dont le rayon est inferieur a
celui des joints toriques 63 ' Il est possible, grace au choix de
l'epaisseur
et du materiau des disques de reflecteur 59 et du premier -
et du deuxieme disques d'anode 56, 57, d'adapter les tempe-
ratures du tube d'anode 50, des electrodes de reflecteur 52 et d'une
electrode de sortie de source 66 appartenant a
l'unite d'extraction 3, a la puissance thermique de l'emet-
teur 15 et a la decharge, et ce, quel que soit le type
d'ions consideres.
Des bagues de protection 68, 69 contre la va-
portisation, en chevauchement l'une par rapport a l'autre, montees
contre les brides en bout 60, 61, fixees par des vis 67 et contre la
bride d'anode 53, empechent que de la vapeur ne se condense sur les
bagues ceramiques 22, evitant
ainsi des courts-circuits electriques.
* Il est prevu contre les bagues de protection in-
ternes 68 contre la vaporisation, entre les disques reflec-
teurs 59 et les disques d'anode 56, 57, des absorbeurs de rayonnement
70, qui, pour une temperature trop elevee du
tube d'anode 50, absorbent le rayonnement thermique prove-
nant des disques d'anode 56, 57 qui y sont relies et l'eva-
cuent vers les brides en bout 60, 61 refroidies De cette
maniere, on fait en sorte que la temperature du tube d'ano-
de 50, au-dela d'environ 1000 0, n'augmente plus proportion-
nellement a la puissance de decharge, mais ne presente plus
qu'une faible augmentation.
9.- De meme, dans la zone de la chambre de cathode
du four 1, les bagues ceramiques 27,-disposees entre la bri-
de de four 21, la bride des conducteurs chauffants 24, la bride de
l'emetteur 25 et la bride de raccordement 26, sont protegees contre la
condensation de vapeur, grace a des ba-
gues de protection 32, 33 contre la vaporisation.
les brides 21, 24, 25, 26, de la chambre a ca-
thode-four 1, de m 8 me que les brides 60, 61, 63 de la subs-
tance source principale 2, presentent des collerettes exte-
rieures destinees a recevoir les bagues ceramiques 27 et 62.
De cette maniere, les bagues ceramiques ne peuvent pas "sauter" du
fait de la dilatation des brides, provoquee par l'echauffement.
La bride d'extracteur 71 de l'unite d'extrac-
tion 3 est reliee a la substance source principale 2 d'une
maniere etanche au vide par l'intermediaire d'un joint to-
rique 72 L'electrode de sortie de source 66 est disposee dans
l'alesage central d'un disque support 73 circulaire, lequel presente
une section coudee et est relie a la bride
d'extracteur 71 par l'intermediaire d'une bague d'arret 74.
L'electrode de sortie de source 66 presente des ouvertures
d'extraction 76 destinees aux ions produits
dans la chambre de decharge 51, ouvertures formees d'alesa-
ges ou de rainures, en configuration simple ou multiple,
de sections predeterminees.
L'electrode de sortie de source 66 doit etre
orientee avec une grande precision par rapport a une elec-
trode de freinage 77 et une electrode-de terre 78 On y monte la bride
d'extracteur 71 et on y ajuste radialemerit a l'aide des vis de
reglage 75, la bague de serrage 74 qui supporte le disque de fixation
73 avec l'electrode de sortie de source 66 p la bague d'arret 74 etant
ensuite fixee a l'aide des vis 79 Si l'on souhaite modifier la
position axiale de l'electrode de sortie de source 66, on peut y
arriver en modifiant d'une maniere correspondante le disque
j 10 -
de soutien 73 et la bague d'arret 74 Si necessaire, l'elec-
trode reflecteur 52 peut aussi etre reliee directement au disque de
soutien 73, auquel cas le disque reflecteur 59 disparait L'alignement
precis de l'electrode de sortie de source 66 peut etre realise a
l'aide de goujons d'assembla- ge, et il peut etre contr 8 le par des
procedes optiques On
visse ensuite le corps source principale 2 a la bride d'ex-
tracteur 71 Cette fixation,: de meme que le poids du corps source
principale 2, n'influent pas sur l'ajustement de l'electrode de sortie
de source 66 On visse enfin la
chambre cathode-four 1 au corps source principale 2.
Apres avoir enleve le couvercle 22, raccorde
d'une maniere etanche a la bride de four 21 a l'aide de l'e-
tancheite metallique 39, le premier bouclier thermique 35 et le
couvercle 11, il est possible de charger la chambre
de four 5 par l'ouverture 10.
Pour la mise en service avec production de va-
peur, on porte l'emetteur 15 et, avec lui, le conducteur interieur de
cathode 13 a la temperature-de marche, puis on declenche une decharge
dans un gaz auxiliaire, Des que
le tube d'anode 50, le conducteur interieur de cathode 13,-
les electrodes-reflecteurs 52 et l'electrode de sortie de source 66
sont suffisamment chauds, on peut chauffer la
chambre de four 5 Quand-la temperature du four est-suffi-
sante pour -vaporiser le produit d'enduction, la vapeur pas-
se dans la chambre de decharge 51 en traversant le tuyau de
four 9 et le conducteur interne de cathode 13.
Dans la chambre de decharge 51, la-vapeur s'io-
nise et remplace le gaz auxiliaire, dont l'apport est pro-
gressivement diminue Dans certains cas, par exemple pour
la production d'ions a plusieurs charges, il peut etre avan-
tageux de travailler avec une certaine partie d'un gaz auxi-
liaire, en particulier l'helium.
La decharge peut etre realisee par impulsions ou en courant continu
Dans ce cas, les parties de la source 11.- entourant la chambre de
decharge doivent etre adaptees, du point de vue de la conductivite
thermique et de l'aire de
leur section transversale, a la puissance moyenne prevue.
Pour couper la source d'ions, on procede en sens inverse De cette
maniere, on supprime toute condensa-
tion et toute formation de paillettes sur les bagues cera-
miques 27, 62, qui pourraient troubler un nouveau depart.
La figure 2 presente, d'une maniere simplfiee,
le cote de la bride d'anode 53 dirige vers l'unite d'extrae-
tion 3 Des aimants permanents 55 sont maintenus, par un
support annulaire 85 avec traverses 86 (cf figure 1) ap-
puyes contre la paroi de la chambre annulaire centrale 54 et repartis
uniformement autour de la peripherie de cette chambre de telle sorte
qu'il se forme, dans la direction de la circonference de la chambre,
un canal de refroidissement sinueux 87, destine au refroidissement des
aimants, entre les aimants permanents 55, le support d'aimant 85 et la
chambre annulaire 54 Le canal de refroidissement d'aimants
87 entoure chacun des aimants permanents 55, sur le c te di-
rige vers le tube d'anode chaud 50 et sur les cEtes radiaux
qui y sont contig Us.
Le fluide de refroidissement arrive dans le canal de refroidissement
87 par une conduite d'amenee 88, en traversant un alesage amenage dans
la bride d'anode 53,
puis il est transporte, par un canal de trop-plein 89 dis-
pose dans la bride d'anode 53, du canal de refroidissement
87 au canal de refroidissement annulaire 65 destine au re-
froidissement de la bride d'anode, poulr etra ensuite eva-
cue grace a une conduite d'evacuation de fluide de refroi-
dissement.
Le gaz auxiliaire, necessaire dans certains
cas, est envoye dans la chambre de decharge 51 par l'inter-
mediaire de quatre conduites de gaz auxiliaire 92 raccor-
dees uniformement a la peripherie de la bride d'anode 53, chacune
traversant un alesage radial et un alesage axial, 12.- pour etre
ensuite evacue de cette chambre de decharge par
l'ouverture d'extraction 76 -
La regulation de la temperature du tube d'ano-
de 50 est realisee grace a des thermocouples de surface la-
terale 93 (cf figure 1), qui sont chacun enfonces dans un
puits a thermocouple 94, les differents puits a thermocou-
ple traversant axialement et radialement la bride d'anode 53, ainsi
que dans des alesages amenages, dans la zone de chacune des deux
electrodes de reflecteur 52, contre le c 8 te exterieur du tube
d'anode 50 Les thermocouples sont
coules dans la bride d'anode 53 a l'aide d'une resine ar-
tificielle. La figure 3 presente la configuration de champ
dans la chambre de decharge 51 dans le cas d'une magnetisa-
tion radiale des aimants permanents 55, la figure 4 corres-
pondant a une magnetisation tangentielle La figure -e pre-
sente pas les lignes de champ sur le c 8 te exterieur des ai-
mante permanents 55 disposes d'une maniere circulaire dans
le support d'aimant 85, car ces lignes de champ ne presen-
tent aucune importance pour le fonctionnement de la source d'ions.
la polarisation tangentielle des aimants per-
* manents 55 selon la figure 4, cree des lignes de champ tel-
les que la densite maximale des lignes de champ se trouve sur l'une
des surfaces laterales definies par les surfaces internes 95 des
aimants 55, et, dans chaque cas, dans le
plan central se trouvant entre deux aimants C'est prati-
quement dans la zone de densite maximale des lignes de champ que se
trouve la plus grande partie de la puissance de decharge Par ailleurs,
l'on obtiendra une inclusion
optimale du plasma, et donc le rendement optimal de la sour-
ce d'ions, quand la paroi 96 de la chambre de decharge 51 passe
exactement a travers ces lignes Une paroi coudee et surchauffee 96
venant en remplacement du tube d'anode 50 en liaison avec un support
d'aimant 85 en evidement entre
25188 C
13.- les aimants, permet simultanement une optimalisation de
l'inclusion du plasma et un refroidissement direct des ai-
mante Une paroi 97, disposee parallelement a la paroi 96,
assure un raccordement etanche au vide des canaux de re-
froidissement des aimants. Le montage electrique de la source d'ions a
haute intensite est represente sur la figure 5 On intro-
duit dans la chambre de four 5, a l'aide du conducteur
chauffant 7 se trouvant a la tension du four U 0, une puis-
sance de chauffage de four Po, et on met en place une teit-
perature de four T et une pression de vapeur PO.
On a la tension de cathode UX aux bornes du.
conducteur interne de cathode 13, avec en plus L'emetteur Entre
l'electrode de reflecteur 52 et le conducteur
interne de cathode 13, on a la tension de cathode de re-
flecteur UR, et-on a entre le tube d'anode 50 et le con-
ducteur interne de cathode 13, la tension de decharge U,
qui cree le courant de decharge IE.
Le courant d'ions traverse l'ouverture d'ex-
traction 76 de l'electrode de sortie de source 66, laquelle se trouve
a un potentiel positif eleve, puis traverse les ouvertures de
l'electrode de freinage 77, installee en aval
a un potentiel legerement negatif, puis celles de l'elec-
trode de terre 78, installee en aval et presentant un po-
tentiel de terre La difference de potentiel entre l'elec-
trode de sortie de source 66 et l'electrode terre 78 est la
tension de rayonnement U trp la difference de potentiel en-
tre l'electrode de terre 78 et l'electrode de freinage 77 etant
l'electrode d'acceleration UB* le faisceau ionique sortant recoit
aussi une certaine partie f 2 d'ions a double charge, et une partie f
3 d'ions a triple charge On peut mesurer un courant ionique total I, a
l'aide d'une cage de Faraday, a une certaine
distance predeterminee de l'electrode de terre 78.
Le commutateur Pp' qui represente un generateur 14.,
d'impulsions, est toujours ferme quand on travaille en cou-
rant continu La tension de rayonnement Ustr definit l'e-
nergie du rayonnement Le potentiel des electrodes de re-
flecteur 52 peut etre regle selon trois montages differents: RAR = 1 k
Ohm et RK =, le commutateur S etant ouvert, ou bien
RAR = 100 ohms et R = 10 ohms, le commutateur S etant ou-
vert, ou bien
RAR = R = co, le commutateur S etant ferme.
Ce n'est que dans ce dernier cas qu'il faut
appliquer la tension exterieure URE Il est en outre possi-
ble d'isoler les vis 81 servant a joindre les brides en
bout 60, 61 de la substance source principale 2, et d'ap-
pliquer aux electrodes de reflecteur 52 differents poten-
tiels Quand la decharge est en marche, le potentiel des
deux electrodes est proche du potentiel du conducteur in-
terne de cathode 13, et habituellement un peu superieur.
Dans une source d'ions a haute intensite executee selon les figures 1
et 5, on a pulse la decharge
A 50 Hz, avec un taux d'impulsions de 10 percent.
Dans ce montage, l'ouverture d'extraction 76 de l'electrode de sortie
de source 66 se composait de 7 alesages, chacun ayant un diametre de
2,5 min La distance entre l'electrode de sortie de source 66 et
l'electrode de freinage 77 a ete ajustee a 3,1 min. On a mesure
l'intensite totale du courant d'ions I 1 au bout d'une distance de
derive libre de 1 m, dans une cage de Faraday de 45 mm de diametre, Le
tableau ci-dessous presente les resultats
des mesures et les caracteristiques de marche de l'instal-
lation L'apport de gaz auxiliaire (helium pour le calcium
et xenon pour le bismuth) a ete entierement arr 8 te.
La source d'ions a haute intensite ayant fait l'objet des essais peut
etre utilisee avec une puissance moyenne de decharge superieure a 2 k
W, une 15.- puissance de chauffage de cathode pouvant aller jusqu'a
295 k W et une puissance de chauffage du four d'environ 3 k W.
T A B 1 E A U
El:I/: K/:K WP)k:O 0:(m:,C: M Ca: 200: 50:1 66:1 40:840:2 0: 21:20 6
Bi: 140: 75:1 23:2 32: 99 D: 1 6: 31 su 28: 6 5: 8 A 16 -
REV E D I C AT I ONS 1. Source d'ions aahaute intensite, destinee a
produire des faisceaux
ioniques a partir de gaz et en particulier de substances
non-volatiles, caracterisee en ce que: a) une chambre de four a
cathode (1), produisant la vapeur a ioniser, un corps source
principale (2) ionisant la vapeur et une unite d'extraction (3)
evacuant les ions, sont chacun concus comme un module unique,
b) que chacun des modules (1, 2, 3) presente en ses extre-
mites axiales de brides (21, 26, G, 661 71) permettant
leur assemblage mutuel etanche au vide et leur rempla-
cement, c) que des composants (5, 6, 9, 12, 13, 20, 38, 50, 52, 56,
57, 59, 64, 66), en contact avec la vapeur a ioniser et installes dans
la zone centrale des modules (1, 2,3),
sont concus de facon a pouvoir etre chauffes a une tem-
perature superieure a la temperature de condensation de la vapeur a
ioniser, d) que les composants centraux (5, 6, 9, 12, 13, 50, 52, 66)
de chacun des modules (1, 2, 3) peuvent, par le choix
du materiau et par la construction de Ieur section trans-
versale, etre regles -a une temperature predeterminee
par la courbe de pression de vapeur de la vapeur a ioni-
ser, e) que les composants centraux (5, 6, 9, 12, 13, 50, 52, 66)
presentant 'des temperatures elevees des modules (1, 2,
3)sont relies a des elements Kde construction periphe-
riques (21, 25, 53, 60, 61, 71) a la temperature ambian-
te, par l'intermediaire d'elements de soutien (20, 38, 59, 73) en
forme de disque et de faible conductivite thermique, elements dont les
deformations, produites par des contraintes thermiques, sont dirigees
exclusivement
d'une maniere axiale grace a une conception predetermi-
nee, 17 - f) que la puissance de chauffage (P 0) de la chambre de four
(5), la puissance de cathode (PK) du conducteur interne de cathode
(13) et la puissance de decharge de l'espace de decharge (51) sont
decouplees par l'intermediaire d'un tuyau de four (9); qui relie la
chambre de four (5)
au conducteur interne de cathode (13) tubulaire.
2. Source d'ions a haute intensite selon la revendication 1,
caracterisee en ce que: a) la chambre de four (5) est reliee, par
l'intermediaire d'une conduite chaude transportant la vapeur a
ioniser, et se composant du tuyau de four (9) et du conducteur
interne tubulaire de cathode (13), a l'espace de dechar-
ge (51) du corps de source principale (2), b) que le tuyau de four (9)
est dispose dans une douille (6) raccordee a la chambre de four (5),
se composant d'un materiau de faible conductivite electrique et
thermique, douille entouree par des conducteurs de chauf-
fage (7) disposes dans la direction de l'axe (4) de la source d'ions,
c) qu'un certain nombre de fils metalliques formant un emetteur (15)
sont disposes dans la direction de l'axe (4) d'une maniere coaxiale au
conducteur interne de cathode tubulaire (13),
d) que la chambre de four (5) presente, sur son c 8 te fron-
tal libre, un premier bouclier thermique (35) et un deu-
xieme bouclier thermique (36), tubulaire, entourant la partie
cylindrique de la chambre de four (5), la douille
(6), avec les conducteurs de chauffage (7), etant en-
touree par un troisieme bouclier thermique tubulaire
(37),
e) qu'un manchon (12) reliant le tuyau de four (5) au con-
ducteur interne de cathode (13), est reglable en tempe-
rature grace a un disque de support de manchon (20), destine a centrer
le manchon (12) et grace a plusieurs goupilles filetees (19),
maintenant le disque de support 18.- de manchon (20), goupilles en un
materiau presentant une bonne conductivite electrique et thermique, f)
que la chambre de four (5) est reliee a une bride de four (21) par
l'intermediaire d'une suspension elastique destinee a compenser les
variations de longueur dues
a l'effet de la chaleur.
3. Source d'ions a haute intensite selon la revendication 1,
caracterisee en ce que chaque composant
soumis a une contrainte thermique presente au moins un ca-
nal de refroidissement dont le rayon est inferieur a celui
du joint torique relie a ce composant et destine au raccor-
dement etanche au vide des modules (1, 2, 3) et/ou des
composants de ces modules.
4. Source d'ions a haute intensite selon la revendication 1,
caracterisee en ce que le corps principal de source (2) se compose
d'un tube d'anode (50), entourant
le conducteur interne de cathode (13) et dispose coaxiale-
ment a ce dernier, d'electrodes reflectrices (52), annulai-
res, disposees contre les faces frontales du tube d'anode (50) et
penetrant dans l'espace de decharge (51), et d'une
bride d'anode (53), avec une chambre annulaire (54) etan-
che au vide et entourant completement le tube d'anode (50), chambre
annulaire dans laquelle sont disposes des aimants permanents 455),
polarises radialement et/ou tangentiellement par rapport a l'axe (4)
de la source
d'ions, destines a produire un champ multipolaire lineai-
re dans la chambre de decharge (51).
5. Source d'ions a haute intensite selon la
revendication 1, caracterisee en ce que:.
a) l'unite d'extraction (3) presente une electrode de sor-
tie de source (66), qui obture la chambre de decharge (51) sur le cote
dirige vers l'unite d'extraction (3), b) que l'electrode de sortie de
source (66) est disposee
dans l'alesage central d'un disque circulaire de sup-
port (73), 19.-
c) que le disque de support (73) est relie, par l'interme-
diaire d'une bague de serrage (74), a une bride d'ex-
tracteur (71) et peut subir un reglage radial a l'aide desvis de
reglage (75) et un reglage axial a l'aide des vis (79). 6. Source
d'ions a haute intensite selon la revendication 1, caracterisee en ce
que; a) le tuyau de four (9), le conducteur interne de cathode (13),
l'emetteur (15), les electrodes reflectrices (52) et l'electrode de
sortie de source (66) sont chacun
raccordes a une bride (21, 25, 60, 61, 71) par l'interme-
diaire d'un disque de support circulaire (20, 38, 59, 73) b) que
chacun des disques supports-(20, 38, 59, 73) presente une section
transversale coudee dans le sens de l'axe
(4) de la source d'ions.
7. Source d'ions a haute intensite selon la revendication 1,
caracterisee en ce que: a) les extremites du tube d'anode (50) sont
serrees entre un premier et un deuxieme disques de support a surface
radiale (56, 57), b) que chacun des disques-de support (56, 57) est
visse par son rebord exterieur a une bague de support (58), c) que
chaque bague de support (58) est reliee a l'un des c 8 tes d'une bride
d'anode (53), d) que la longueur axiale des bagues de support (58) est
definie de telle sorte que l'ecartement axial des c 8 tes exterieurs
des bagues (58) soit inferieur a la longueur
axiale du tube d'anode (50).
8. Source d'ions a haute intensite selon la revendication 2,
caracterisee en ce que la suspension de la chambre de four (5) se
compose essentiellement de boulons d'ecartement (16) relies solidement
a la chambre et disposes parallelement a l'axe (4) de la
source-d'ions, et de bandes (17) reliees a la bride de four (21),
disposees radialement
et raccordees i l'extremite libre de chacun des boulons d'e-
cartement (16).
<
? ?
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