Possibilities of improving paraxial brightness in rf ion sources

Abstract

The paraxial brightness in rf ion sources can be improved by redistributing the beam phase density, increasing the beam current density and using beam extraction systems with low aberrations. Experimental data are presented for the central region of a hydrogen or helium ion beam extracted from a helicon rf ion source with permanent magnets. A high-voltage (~6 kV) extraction structure of the rf ion source was investigated with imposed external magnetic field. The evolution of phase sets in the extraction structure with emission hole size approaching Debye radius was calculated for the helium plasma density of ~10¹² cm⁻³ with imposed nonuniform external magnetic field. The calculations were performed involving data on ion energy spread (~25 eV) of the helicon rf ion source with permanent magnets.

Розглянуто можливості підвищення осьової яскравості ВЧ-джерела іонів за рахунок перерозподілу фазової щільності пучка, підвищення щільності струму пучка, застосування систем екстракції з низькими абераціями. Приведено експериментальні дані по дослідженню характеристик привісьової області пучка іонів водню, гелію, аргону, що витягається з геліконового ВЧ джерела іонів із системою постійних магнітів. Приведено результати дослідження високовольтної (~6 кВ) системи екстракції ВЧ-джерела іонів при накладенні зовнішнього магнітного поля. Проведено розрахунок еволюції фазових множин у системі екстракції з емісійним отвором порядку радіуса Дебая для щільності гелієвої плазми (~10¹² см⁻³) при накладенні зовнішнього неоднорідного магнітного поля. У розрахунках використані дані про енергетичний розкид іонів (~25 еВ) геліконового ВЧ-джерела іонів із системою постійних магнітів.

Рассмотрены возможности повышения осевой яркости ВЧ-источника ионов за счет перераспределения фазовой плотности пучка, повышения плотности тока пучка, применения систем экстракции с низкими аберрациями. Приведены экспериментальные данные по исследованию характеристик приосевой области пучка ионов водорода, гелия, аргона, извлекаемого из геликонового ВЧ-источника ионов с системой постоянных магнитов. Приведены результаты исследования высоковольтной (~6 кВ) системы экстракции ВЧ-источника ионов при наложении внешнего магнитного поля. Проведен расчет эволюции фазовых множеств в системе экстракции с эмиссионным отверстием порядка радиуса Дебая для плотности гелиевой плазмы (~10¹² см⁻³) при наложении внешнего неоднородного магнитного поля. В расчетах использованы данные об энергетическом разбросе ионов (~25 эВ) геликонового ВЧ-источника ионов с системой постоянных магнитов.