PARIS
^ j ) N° d'enregistrement national- 1A utiliser pour les paiements d'annuités, les demandes de copies officielles et toutes autres correspondances avec l'I M.P I.i
70.33938
© BREVET D'INVENTION
PREMIERE ET UNIQUE PUBLICATION
Date de dépôt 18 septembre 1970, à 15 h 27 mn.
Date de la décision de délivrance 10 avril 1972.
Publication de la délivrance B.O.P.I. - «Listes» n. 18 du 5-5-1972.
( 5 j ) Classification internationale (Int. Cl.) H 01 j 37/00.
( 7 j ) Déposant : Établissement public dit : AGENCE N A T I O N A L E D E V A L O R I S A T I O N DE L A RECHERCHE. Tour Aurore, Paris Défense, 92-Courbevoie.
(73) Titulaire : Idem (7j)
(74) Mandataire :
(54) Source d'ions négatifs fournissant un faisceau rectiligne de forte densité.
(72) Invention de : Michel Baribaud, Jean-Michel Dolique et François Zadworny.
(33) (32) ( 3 l ) Priorité conventionnelle :
V e n t e des fascicules à l ' I M P R I M E R I E N A T I O N A L E , 2 7 , rue de la C o n v e n t i o n - PARIS ( 1 5e)
La présente invention concerne une source d'ions né- gatifs fournissant un faisceau rectiiigne de farte densité, cette source étant, suivant une application importante, une source d'ions négatifs H".
5 De nombreux travaux effectués en particulier par
les inventeurs de la source d'ions objet de la présente invention, travaux qui ont été publiés, (notamment colloque international sur les sources d'ions, Saclay 17-20 juin 1969; communication
faite à l'Académie des Sciences, compte-rendus du 28 novembre 1966) 10 ont porté sur l'étude des décharges de type réflex, en tant que
sources très intenses d'ions négatifs H destinés à l'étude de plasmas à ions négatifs.
Une source réalisée par ces chercheurs et qui s'est révélée d'un fonctionnement satisfaisant est constituée comme 15 suit :
Une anode cylindrique en cuivre, plongée dans un champ magnétique, est disposée entre une cathode chauffée en tantale et un réflecteur, cette cathode étant supportée par deux paires de tuyaux coaxiaux en cuivre qui assurent à la fois 2D la circulation d'huile de refroidissement et le passage du
courant de chauffage. L'isolement entre les supports de cathode et d'anode est assuré par des pièces amovibles en céramique.
La cathode chauffée et le réflecteur, reliés l'un à l'autre, sont portés à un potentiel négatif par rapport à l'anode, 25 Les électrons émis par la cathode et confinés par le champ
magnétique oscillent entre la cathode et le réflecteur, et ionisent par collision le gaz d'hydrogène qui emplit la chambre anodique.
Ils finissent par atteindre l'anode par diffusion.
Des ions négatifs prennent naissance dans la décharge;
30 ces ions sont extraits, à travers une fente longitudinale
ménagée dans la paroi de l'anode, par une électrode d'extraction portée à un potentiel positif par rapport à l'anode; ils sont ensuite déviés de 180° suivant une demi-circonférence, foçalisés par le champ magnétique et recueillis dans un collecteur-cage de Faraday.
Le champ magnétique assure ainsi à la fois le confine- ment de l'arc et la focalisation des ions négatifs H .
Une telle source d'ions, tout en donnant des résultats satisfaisants, présente l'inconvénient d'un amorçage assez
difficile de l'arc entre la cathode chauffée et l'intérieur de l'anode. On observe toute une série de petits amorçages
5 parasites entre la cathode et les parties extérieures de l'anode malgré le confinement magnétique, amorçages parasites dûs vraisem- blablement à une pression d'hydrogène trop élevée au voisinage de la cathode.
Il en résulte une diminution de la proportion de 0 courant d'arc utile, et une détérioration de l'anode. De plus,
l'écoulement de 1'hydrogène^vers la pompe secondaire s'effectue avec turbulence du fait que cet écoulement n'est pas calibré.
La présente invention a précisément pour objet de remédier à cet inconvénient et également de fournir un 5 faisceau d'ions rectiligne.
De façon précise, l'invention a pour objet une source d'ions négatifs du type réflex comportant une anode cylindrique plongée dans un champ magnétique, disposée entre une cathode chauffée et un réflecteur, cette anode étant munie d'une fente 0 par laquelle passent les ions négatifs formés dans la chambre
anodique et attirés par une électrode d'extraction, qui sont ensuite déviés de 180e pour être recueillis par un collecteur, ladite source d'ions étant essentiellement caractérisée, d'une part par le fait que la paroi de la chambre de cathode est percée d'un 25 trou d'un diamètre de l'ordre de 4 millimètres et, d'autre part,
par le fait qu'en amont dudit collecteur sont disposés bout à bout deux blindages magnétiques à l'intérieur desquels est logée une lentille unipotentielle formée de cylindres en acier doux, ce montage étant tel que le trou percé dans la chambre de cathode 30 a pour effet de supprimer la formation d'arcs parasites lors de
l'amorçage de l'arc, et que lesdits blindages et ladite lentille unipotentielle ont pour effet de soustraire le faisceau d'ions, après sa sortie de l'électrode d'extraction, à l'influence du champ magnétique auquel est soumise la source et d'imposer à la 35 portion du trajet de ce faisceau qui parvient au collecteur une
trajectoire rectiligne d'une longueur appréciable, d'au moins un mètre.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard de la figure unique annexée, et donnant, à titre explicatif et nullement limitatif, une forme de réalisation de l'invention.
5 Cette figure est une coupe faite dans l'ensemble de la source et qui met en évidence les deux blindages et la lentille unipotentielle.
Cette source comporte les éléments de base suivants qui sont connus : une anode cylindrique 1 en cuivre refroidi 1 q dans la masse plongée dans un champ magnétique et disposée entre
une cathode chauffée 2 en tantale et un réflecteur 3. Cette anode 1 est munie d'une fente 4 pour le passage des ions négatifs attirés par une électrode d'extraction 5 en carbone.
Cette électrode d'extraction se trouve à quelques 15 millimètres de la fente 4 de l'anode et sa position est réglable
en distance et angulairement.
Un collecteur 6 reçoit, de façon connue, le faisceau d'ions négatifs issu de l'électrode d'extraction 5, après
déviation de 180°. L'invention réside dans l'adjonction à une 20 telle source de type connu, des éléments suivants ;
a) un trou percé dans la paroi de la chambre de la cathode chauffée 2.
Ce trou, d'un diamètre de l'ordre de 4 mm, permet à l'arc de s'amorcer avec beaucoup plus de facilité et supprime 25 les arcs parasites, car il laisse s'chapper l'excès d'hydrogène de façon laminaire, ce qui fait tomber la pression au voisinage de la cathode 2.
b) blindage et lentille unipotentielle. Pour obtenir un faisceau rectiligne d'ions en amont du collecteur 6, il faut 3D l'extraire de la zone de champ magnétique où se trouve la source
avec un rendement aussi bon que possible.
Les deux blindages selon l'invention (références 7 et 8) annulent progressivement ce champ magnétique de telle manière que le faisceau, après s'être déroulé à la sortie de 35 l'électrode d'extraction 5 suivant une spirale 9 (alors que dans
la source d'ions connue, le faisceau se déroulait suivant un demi-cercle), poursuit sa course de façon rectiligne suivant la tangente à l'extrémité de cette spirale.
Le premier blindage (référence 7) en acier doux, dont la perméabilité relative est élevée aux champs forts, ramène le champ magnétique à une valeur de l'ordre d'une cinquantaine de gauss ; le second blindage (référence 8) en mumétal et de 5 perméabilité relative supérieure à 10^, fait tomber le champ magnétique à des valeurs de l'ordre du dixième de gauss. Un système de réglage longitudinal (non représenté) permet de faire coïncider la tangente à l'extrémité de la spirale 9 avec l'axe de ces blindages.
1D Le transport dy faisceau d'ions, dont la charge d'espace est très importante, est assuré par une lentille unipotentielle 10 formée de cylindres en acier doux. Tout en améliorant le blindage magnétique, cette lentille 10 permet de transporter le faisceau d'ions en ligne droite 15 sur une longueur supérieure au mètre.
Malgré la perturbation que les blindages 7 et B provoquent dans le champ magnétique dans la source, pertur- bation qui réduit l'intensité du faisceau extrait, on a pu obtenir un courant d'ions négatifs de l'ordre du milliarnpère 20 après un mètre de transport rectiligne sur une surface de
l'ordre de 0,8 cm . 2
Le faisceau ayant une vitesse de 10^ m/s, la densité 14 -3 numérique en ions négatifs est donc de l'ordre de 10 m
Il va de soi que la présente invention n'a été 25 décrite ci-dessus qu'à titre explicatif et nullement limitatif
et qu'on pourra y apporter toutes modifications de détail sans sortir de son cadre.
REVENDICATION
Source d'ions négatifs du type réflex comportant une anode cylindrique plongée dans un champ magnétique disposée er.tre une cathode chauffée et un réflecteur, cette anode étant munie d'une fente par laquelle passent les ions négatifs formés dans la chambre 5 anodique et attirés par une électrode d'extraction, qui sont
ensuite déviés de 180° pour être recueillis par un collecteur, ladite source d'ions étant essentiellement caractérisée, d'une part, par le fait que la paroi de la chambre de cathode est percée d'un trou d'un diamètre de 1' ordre de 4 millimètres et, 10 d'autre part, par le fait qu'en amont dudit collecteur sont
disposés bout à bout deux blindages magnétiques à l'intérieur desquels est logée une lentille unipotentielle formée de cylindres en acier doux, ce montage étant tel que le trou percé dans la chambre de cathode a pour effet de supprimer la formation d'arcs 15 parasites lors de l'amorçage de l'arc, et que lesdits blindages
et ladite lentille unipotentielle ont pour effet de soustraire le faisceau d'ions, après sa sortie de l'électrode d'extraction, à l'influence du champ magnétique auquel est soumise la source et d'imposer à la portion du trajet de ce faisceau qui parvient 20 au collecteur une trajectoire rectiligne d'une longueur
appréciable, d'au moins un mètre.
