Дуоплазматрон с системой контроля пучка для сверхвысоковакуумных ионно-лучевых установок

Дуоплазматрон с системой контроля пучка рассчитан на работу с газовыми ионами до энергий 25 кэВ, может использоваться в составе UHV - систем с прогревом до 300°С. Система контроля обеспечивает полностью автоматизированную фокусировку и стабилизацию положения ионного пучка под управлением сети контроллеров.

Применение

- для диагностических систем (например, исследования поверхности твердого тела)
- для технологических задач

UHV-дуоплазматрон

Для задач исследования поверхности твердого тела среди ионных источников наиболее широкое применение имеет источник типа дуоплазматрон с холодным или горячим катодом, обеспечивающий высокую интенсивность ионного пучка и газовую экономичность.
Нами разработан дуоплазматрон, разработанный с применением стандартных вакуумных элементов: крестов 40CF/16CF, изоляторов, сильноточных вводов. Конструкция полностью создана на основе медных уплотнений типа конфлат, что позволяет использовать источник в составе UHV - систем с прогревом до 300°С. Источник рассчитан на работу с газовыми ионами до энергий 20 кэВ.
Отличительной особенностью источника являются возможность дифференциальной откачки со стороны катодного узла и измерение вакуума в процессе работы в области промежуточного анода, что позволяет контролировать условия в разрядной камере в процессе работы. Узел термокатода разработан с возможностью многократной замены катода без замены крепежных элементов. Специальная система вентиляции промежуточного анода позволяет использовать источник при повышенных мощностях разряда. Оригинальная система крепления экстрактора и линзы позволяет легко собирать ее (без сварки) и заменять при необходимости составляющие элементы при работе с различными ионно-оптическими системами установок.
Согласно тестовым измерениям параметров источника на вакуумном стенде - остаточное давление в промежуточной камере составило 5*10 ^-9mbar. Рабочее давление газа при использовании гелия составило 5*10^-6mbar. Вытягиваемый ионный ток при разрядном токе 200 мА и напряжении 160 В, и ускоряющем напряжении 5 кэВ - около 500 мкА. Плотность тока на расстоянии 100 мм от выходного фланца источника ~ 250 мкА/см²и может быть увеличена.

Система контроля пучка ионно-лучевой установки

Ионно-лучевые установки должны обеспечивать стабильный сфокусированный пучок на выходе. Разработана система полностью автоматизированной фокусировки и стабилизации положения ионного пучка под управлением сети контроллеров, подключенных к управляещему компьютеру. Сеть контроллеров реализована на интерфейсе RS 485, что позволяет легко наращивать систему и минимально содержит три контроллера, реализованных на микроконтроллерах LPC2106 (Philips) а также 14 бит ЦАП и 24 бит АЦП, размещенных в блоке питания ионного источника (ISPS-2):

Контроллер управления ионным источником типа дуоплазматрон. Необходимая изоляция по высокому напряжению обеспечивается с помощью интерфейса IrDA. Позволяет управлять накалом катода, разрядом, напуском газа в источник и контролировать все параметры, а также вакуум в источнике с помощью измерителя давления типа Pirani.
Контроллер управления ускоряющим напряжением, фокусировкой и сепарирующим магнитом Является также основным контроллером, через который может осуществляться связь с компьютером через стандартный интерфейс RS232.
Контроллер сканирования и измерения тока пучка. При сканировании пучка около входного отверстия цилиндра Фарадея, установленного вблизи мишени определяется профиль пучка, далее в автоматическом режиме производится оптимальная фокусировка пучка. Возможно сканирование пучка по мишени по закону, задаваемому массивом данных, загружаемым перед началом сканирования.

Управление параметрами возможно как с панели прибора, так и с компьютера. Разработанная программа в OS Windows позволяет управлять параметрами системы и визуализировать измеренные величины.
Управление ионным источником реализовано и оттестировано для установки «Большой масс-монохроматор МИФИ».