ELEKTRONENSTOSSIONENQUELLE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Elektronenstoßionenquelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Elektronenstoßionenquelle erlaubt die Erzeugung hochgeladener Ionen, deren Extraktion, dient als Quelle von UV-, VUV-, Infrarotstrahlen und von charakteristischer Röntgenstrahlung hochgeladener Ionen.

[0002] Bekannt sind Anlagen des Typs EBIT (Electron Beam Ion Trap) nach M. A. Levine, R. E. Marrs, J. R. Henderson, D. A. Knapp, M. B. Schneider; Physica Scripta, T22 (1988) 157, in denen vielfachgeladene Ionen in einem axialsymmetrischen Elektronenstrahl hoher Dichte erzeugt werden, der durch ein System aufeinanderfolgender Driftröhren unter Ultrahochvakuumbedingungen beschleunigt und durch supraleitende Heimholtzspulen fokussiert wird.
Die Anlage besteht aus einer Elektronenkanone, mehreren zylindrischen Driftröhren, einem Elektronenkollektor, einem Extraktor, einem fokussierendem Magnetsystem und einem System zur Erzeugung von Ultrahochvakuumbedingungen in der Anlage.
Der Elektronenstrahl erzeugt im mittleren Teil der Anlage eine Ionenfalle, welche die Ionen in radialer Richtung durch ihre Raumladungskräfte hält. In axialer Richtung werden die Ionen, die im Elektronenstrahl durch Elektronenstoßionisation erzeugt werden, durch positive Potentiale an den Enden der Driftröhrenstrukturen entsprechend E. D. Donets; USSR Inventors Certificate No.248860, March 16, 1967, Bull. OIPOTZ No.23 (1969) 65 gehalten.

[0003] Die erhaltenen hochgeladenen Ionen können aus der Ionenfalle längs der Fallenachse extrahiert werden, indem das Fallenpotential an der letzten Driftröhre abgesenkt wird. Während der Ionenspeicherung in der Falle wird von den gespeicherten Ionen emittierte charakteristische Röntgenstrahlung und andere langwellige elektromagnetische Strahlung in der Meridianebene des Magnetsystems und senkrecht zur Quellenachse abgestrahlt.
Die maximal erreichbare Ionenladung ist eine Funktion des Ionisationsfaktors jτ, d.h. des Produktes aus der Elektronenstromdichte j und der Ionenaufenthaltszeit τ im Elektronenstrahl der Falle. Als für das Erreichen höchster Ladungszustände begrenzender Prozess wirken im wesentlichen Umladungsprozesse vielfachgeladener Ionen an Restgasatomen. Daher müssen Geräte, die auf der Basis der beschriebenen Methode hochgeladene Ionen erzeugen, die Formierung eines hochdichten Elektronenstrahls unter Ultrahochvakuumbedingungen ermöglichen.

[0004] Zum Erreichen der genannten Ziele wird in EBIT-Anlagen kryogene Technik in Verbindung mit Supraleitungstechnik eingesetzt. Supraleitende Helmholtzspulen mit Induktionen des magnetischen Feldes von 3T bis 5T werden hier zur Fokussierung des Elektronenstrahls über die Länge der Ionenfalle eingesetzt, wobei diese in bekannten Anlagen 25 mm nicht überschreitet. Die Stromdichte des Elektronenstrahls beträgt über die Fallenlänge 2.000-5.000 A/cm² bei einer Gesamtlänge des elektronenoptischen Systems (Kathode - Elektronenkollektor) von mehr als 30 cm. Das kryogene System erfüllt neben der Kryostatierung der supraleitenden Helmholtzspulen bei einer Temperatur von 4,2 K die Funktion einer leistungsfähigen Kryopumpe im Bereich der Ionenfalle zur Erzeugung eines Vakuums von ≥ 10^-11 bis 10^-12 Torr.

[0005] Ebenfalls bekannt sind Anlagen des WEBIT-Typs (V.P. Ovsyannikov, G. Zschomack; Review of Scientific Instruments, 70 (1999) 2646, welche ebenfalls aus einer Elektronenkanone, drei zylindrischen Driftröhren, einem Elektronenkallektor, einem Ionenextraktor, einem fokussierenden Magnetssystem und einem aufwändigen System zur Erzeugung von Ultrahochvakuumbedingungen bestehen.

[0006] Die ausgesprochen anspruchsvollen technischen Parameter derartiger Anlagen führen zu komplexe, technisch schwierigen und sehr teuren Anlagen. Zusätzlich begrenzend wirken die erforderliche kryogene und Ultrahochvakuumtechnik.

[0007] Eine Absenkung der Elektronenstromdichte auf 200 bis 500 A/cm² führt zu einer Erhöhung der zur Erzeugung eines bestimmten Ionenladungszustandes erforderlichen Zeit in der Falle und damit zu einer Verringerung der mittleren Strahlintensität für extrahierte vielfachgeladene Ionen, die aber durch eine Vergrößerung des Elektronengesamtstroms kompensiert werden kann.
Zur Formierung von Elektronenstrahlen mit den oben angegebenen Dichten sind fokussierende Magnetfelder der Stärke 0,2 T bis 0,5 T erforderlich, die von Permanentmagnetsystemen auf der Basis moderner magnetischer Materialien erzeugt werden können.
Der Einsatz moderner Vakuumtechnik ermöglicht es, Ultrahochvakua im Druckbereich bis 10^-12 Torr ohne kryogene Technik zu erreichen.

[0008] Dies führte zum Bau einer sogenannten MTCRO-EBIT, wie in H. Khodja, J. P. Briand; Physica Scripta, T71 (1997) 113 beschrieben. Die grundlegende Idee der Konstruktion dieser Anlagen besteht darin, daß ein kompaktes, industriell gefertigtes Klystron zur Erzeugung einer Ionenfalle des EBIT-Typs genutzt wird. Das fokussierende magnetische Feld, welches die radialen Abmaße des Elektronenstrahls im Bereich der Ionenfalle begrenzt, wird von zwei C-förmigen Permanentmagneten erzeugt, die eine magnetische Induktion der Stärke 0,25 T liefern. Zur Generierung des Elektronenstrahls wird die Originalkathode des Klystrons mit einer maximalen Emissivität von 2,5 A/cm² genutzt. Das Ultrahochvakuum in der Anlage wird nach einem Ausheizen bei 300°C nach Standardtechnologie mit der Kombination von je einer Turbomolekular- und einer Ionengetterpumpe erreicht. In der MICRO-EBIT wurden Ar¹⁶⁺ Ionen nach einer Ionisationszeit von 1,2 s nachgewiesen, d.h. es wurde ein lonisationsfaktor von etwa 1.10²⁰ cm^-2 erreicht, was einer Elektronenstromdichte von 14 A/cm² entspricht.
Diese Anlage weist eine niedrige Elektronenstromdichte im Strahl (100 mal geringer als für supraleitende EBIT) auf. Damit verbunden ist eine Beschränkung auf vergleichsweise geringe Tonenladungszustände wie Ar¹⁶⁺.
Die ungeeignete Wahl einer Kathode mit vergleichsweise geringer Emissivität und damit verbunden die Verwendung einer Elektronenkanone mit einer relativ großen elektrostatischen Divergenz des Elektronenstrahls ist ein weiterer entscheidender Nachteil.

[0009] Wie aus S. I. Molokovski, A. D. Suschkov; Intensive Elektronen- und Ionenstrahlen, Vieweg Verlag, Wiesbaden, 1999 bekannt ist, kann die maximale Stromstärke im durch ein magnetisches Längsfeld fokussierten Elektronenstrahl für Brillouinsche Fokussierung erhalten werden, wenn das Magnetfeld am Ort der Kathode verschwindet. In einem solchen System ist die sogenannte Brillouindichte des Elektronenflusses durch thermische Geschwindigkeitskomponenten der Elektronen bei ihrem Austreten aus der Kathode (siehe auch M.Szilagyi; Electron and Ion Optics, Plenum Press, New York and London, 1988) und durch Aberrationen in der Anodenlinse begrenzt. Ein minimaler Wert für die Aberrationen ist für den Fall paraxialer und laminarer Flüsse möglich, d.h. für eine Elektronenkanone mit minimaler Divergenz (Kompression) des Elektronenstrahls und somit für eine maximal effiziente Kathode, d.h. für eine Kathode mit maximal hoher Emissionsdichte.

[0010] Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer effektiven Elektronenstoßionenquelle (WEBIT) ohne jegliche kryogene Komponenten und ohne Supraleitungstechnik für den Erhalt hochgeladener Ionen, der Röntgen- und VUV-Spektroskopie an diesen Ionen und der Extraktion der hochgeladenen Ionen aus der Falle zum Zwecke unterschiedlichster wissenschaftlicher, technologischer und technischer Anwendungen.

[0011] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß
die Einrichtung zur axialsymmetrischen Fokussierung des Elektronenstrahles aus wenigstens zwei gegenläufig radial magnetisierten Ringstrukturen besteht und jeder der Ringstrukturen den Elektronenstrahl umschließt, und je zwei gegenläufig radial magnetisierte Ringstrukturen zu einem einheitlichen Magnetsystem durch magnetische Leiter verbunden sind, wobei das sich schließende Magnetfeld den Aufenthaltsbereich der Ionen in der Falle durchdringt.

[0012] Vorteilhaft sind magnetisierte Permanentmagnetblöcke zu Ringstrukturen zusammengefügt und durch magnetische Leiter aus weichmagnetischem Material umschlossen, so daß sich eine radiale Magnetisierung ergibt.

[0013] Weiter vorteilhaft sind die magnetisierten Permanentmagnetblöcke Quader aus hartmagnetischen Materialien wie Sm₅Co oder NdFeB, wodurch sich die Ringstrukturen rationell herstellen lassen.

[0014] Die zu öffnende und zu schließende Ionenfalle besteht vorteilhaft aus einer auf einem Hochspannungsisolator montierten dreigeteilten Driftröhre. An den mittleren Teil ist ein steuerbares Beschleunigungspotential und die beiden äußeren Teile ein einstellbares Fallenpotential gelegt.

[0015] Zur Erzeugung eines maximalen Vakuums in der Ionisationszone ist der mittlere Teil der Driftröhre mit einer Anzahl von entlang des axialen Elektronenstrahls verlaufenden Langlöchern oder anderen geeigneten Öffnungen versehen, die ein effizientes Pumpen im Bereich der Ionenfalle ermöglichen.

[0016] Bei einer vorteilhaft ausgestalteten Elektronenstoßionenquelle ist ein Vakuumrezipient mit vier Flanschen vorgesehen, bei dem zwei sich gegenüberliegende Flansche eine erste Achse bilden und zwei weitere Flansche eine zweite Achse bilden, wobei erste und zweite Achse sich kreuzen, auf der ersten Achse Elektronenkanone, Driftröhre, Elektronenkollektor und Extraktor in dieser Reihenfolge angeordnet sind, und entlang der zweiten Achse an einem Flansch eine Hochspannungsdurchführung zur Positionierung der Driftröhre im Verlauf der ersten Achse und an dem anderen Flansch eine Vakuumpumpe anschließbar ist. Andere Lösungen mit mehr oder weniger Flanschen sind möglich.

[0017] Vorteilhaft durchstechen bei einer derartigen Ausführung die magnetischen Leiter parallel zur ersten Achse den Vakuumrezipienten beidseits der zweiten Achse und bilden dort einen Aufsitz für die Ringe. Der in den Vakuumrezipienten ragende Teil der magnetischen Leiter ist 1-förmig abgewinkelt und mit der Driftröhre magnetisch kurzgeschlossen.

[0018] Mit der erfindungsgemäßen Elektronenstoßionenquelle ist ein minimaler Wert der Aberrationen für paraxiale und laminare Flüsse möglich, Dazu wird eine Elektronenkanone mit minimaler Divergenz (Kompression) des Elektronenstrahls und somit mit maximal effizienter Kathode, d.h. eine Kathode mit maximal hoher Emissionsdichte, eingesetzt.

[0019] Somit besteht der Vorteil der Erfindung darin, daß hochgeladene Ionen ohne kryogene Technik auf effiziente Weise erzeugt werden können.

[0020] Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erfindung

Fig. 2 eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung in schematisch geschnittener Darstellung

Fig. 3 einen Schnitt A-A entsprechend der Darstellung in Fig. 2

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 3

[0021] In der Fig. 1 ist die Erfindung schematisch dargestellt. Auf der Achse 16 sind Elektronenkanone 3 mit Kathode 14 drei Driftröhren 4, 15, 4, ein Elektronenkollektor 5, und ein Extraktor 6 in dieser Reihenfolge angeordnet. Die Ionenfalle wird durch die drei Driftröhren 4, 15, 4 gebildet. Zwei gegenläufig radial magnetisierte Ringstrukturen 2 umschließen die Achse 16 eingangs und ausgangs der Driftröhrenstruktur 4,15 und somit den erzeugbaren Elektronenstrahl. Die Ringstrukturen 2 enthalten eine Anzahl von Permanentmagnetblöcken 8, mit denen die Ringstrukturen 2 eine radiale Magnetisierung erhalten. Zwischen den Enden der Driftröhrenstruktur 4,15 und den Ringstrukturen 2 sind innere Polschuhe angeordnet, mit denen über die Driftröhrenstruktur 4,15 geschlossene magnetische Kreise 13 erzeugt werden.

[0022] In den Figuren 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße Elektronenstoßionenquelle dargestellt, die aus einem Vakuumrezipienten 1, einem magnetisch fokussierenden System 2, einer Elektronenkanone 3, aus einer auf einen Hochspannungsisolator montierten Driftröhrenstruktur 4,15, wobei unter bestimmten Umständen auf den Hochspannungsisolator verzichtet werden kann, einem Elektronenkollektor 5 und einem Extraktor 6 besteht. Im Vakuumrezipienten 1 sind in seinem Inneren Polschuhe 7 aus weichmagnetischem Material zur Feldformierung im Bereich der Ionenfalle montiert.

[0023] Das Magnetfeld wird von zwei Ringstrukturen 2 aus radial magnetisierten Permanentmagnetblöcken 8 erzeugt, die entsprechend der Darstellung in Fig. 4 miteinander durch ein System magnetischer Leiter 7,9 aus weichmagnetischem Material verbunden sind. Die einzelnen magnetischen Elemente haben die Form einfacher Quader, was es ohne Schwierigkeiten möglich macht, moderne hartmagnetische Materialien wie Sm₅Co oder NdFeB zu nutzen.

[0024] Die Ringstrukturen 2 befinden sich außerhalb des Vakuumrezipienten 1 und können daher während der Zeit einer Ausheizung des Gerätes zum Erhalt von Ultrahochvakua demontiert werden. Diese Besonderheit der Anlage ermöglicht es, auf Temperaturbegrenzungen im Ausheizprozeß wegen der relativ niedrigen Curietemperaturen moderner hartmagnetischer Materialien zu verzichten.

[0025] Flansche 10 für die Ankopplung der Anlage an das System zur Erzeugung des erforderlichen Vakuums, die isolierte Vakuumdurchführung 11 zu den Driftröhren 4,15 und spektroskopische Fenster 12 zur Spektroskopie der charakteristischen Röntgenstrahlung bzw von VUV-Strahlung, die im mit Ionen beladenen Elektronenstrahl entsteht, befinden sich in der Meridianebene des Gerätes. Daher können die Abstände zwischen dem Ort des Entstehens der charakteristischen Röntgenstrahlung bzw der VUV-Strahlung und möglichen Detektoren sowie die Abstände zu den erforderlichen Vakuumpumpen minimal gehalten werden. Dies hat zur Folge, daß die Anlage einen maximal großen Raumwinkel (und damit maximale Nachweiseffektivität) bei der Registration der charakteristischen Röntgenstrahlung bzw. der VUV-Strahlung und eine maximal große Pumpgeschwindigkeit bei der Vakuumerzeugung aufweist.

[0026] Die Elektronenkanone 3 unterscheidet sich durch ihre geometrischen Abmaße, hier insbesondere durch den Kathodendurchmesser, der mit dem Ziel gewählt wird, die Winkeldivergenz des Elektronenstrahls zu verringern und einen paraxialen Strom zu erreichen.

[0027] Dies wird durch die Verwendung hocheffektiv emittierender Kathodenmaterialien erreicht, wie sie zum Beispiel als monokristalline Bor-Lanthan-Kathoden bekannt sind.

[0028] Zum Vergleich mit bekannten EBIT und EBIS Anlagen werden mindestens die folgenden Parameter erreicht:

• eine Elektronenstromdichte von 200 A/cm²,
• ein Elektronenstrom von 50 mA und
• eine Elektronenenergie von 30 keV.

[0029] Die Kompressionsstufe des Elektronenstrahls in der Elektronenkanone 3 beträgt 4 (d.h. das Verhältnis vom Kathodenradius zum Radius des Elektronenstrahls im Cross-Over ist gleich 2). Die angegebenen Werte wurden für einen Wert des Brillouinfeldes von 250 mT und für eine Kathodenemissivität von 25 A/cm² erhalten.

[0030] Die folgende Tabelle zeigt die mit der erfindungsgemäßen Elektronenstoßionenquelle erhaltenen Ionen.

Tabelle I

Element	Ordnungszahl	Maximaler Ladungszustand*)
Argon	18	17
Krypton	36	34
Xenon	54	44
Cer	58	48
Iridium	77	67
Quecksilber	80	70

*) röntgenspektroskopisch nachgewiesen bei einer Elektronenenergie von 15 keV

Bezugszeichenliste

[0031] 

1 -

Vakuumrezipient

2 -

Ring

3 -

Elektronenkanone

4 -

Driftröhre, zur Realisierung der Ionenfalle

5 -

Elektronenkollektor

6 -

Extraktor

7 -

innerer Polschuh

8 -

Permanentmagnetblock

9 -

magnetischer Leiter

10 -

Flansch

11 -

isolierte Vakummdurchführung

12 -

spektroskopisches Fenster

13 -

magnetischer Kreis

14 -

Kathode

15 -

zentrale Driftröhre

16 -

Achse

17 -

Achse

Ansprüche

1. Elektronenstoßionenquelle zur Erzeugung hochgeladener Ionen, bestehend aus

- einer Elektronenkanone mit Kathode und Anode zur Erzeugung und Beschleunigung von Elektroden, wobei die Kathode eine Emissivität von ≥ 25 A/cm² aufweist,

- einer Einrichtung zur axialsymmetrischen Fokussierung des Elektronenstrahles,

- Mitteln zur Einbringung von ionisierbaren Substanzen in eine zu öffnende und zu schließende Ionenfalle im Bereich des axialsymmetrisch fokussierten Elektronentrahles,

- einer Einrichtung zur Vernichtung der Elektronen nach dem Durchgang durch die Ionenfalle,

- sowie einer Einrichtung zur Erzeugung eines Vakuums um den axialsymmetrisch fokussierten Elektronenstrahl und die darin befindliche Ionenfalle, wobei ein Vakuum von 10^-7 bis 10^-11 Torr im Aufenthaltsbereich der Ionen während des Betriebs der Elektronenstoßionenquelle einstellbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Einrichtung zur axialsymmetrischen Fokussierung des Elektronenstrahles aus wenigstens zwei gegenläufig radial magnetisierten Ringstrukturen (2) besteht und jede der Ringstrukturen (2) den Elektronenstrahl umfaßt,

- je zwei gegenläufig radial magnetisierte Ringstrukturen (2) zu einem einheitlichen Magnetsystem durch magnetische Leiter (7,9) verbunden sind, wobei das sich schließende Magnetfeld den Aufenthaltsbereich der Ionen in der Ionenfalle durchdringt.

2. Elektronenstoßionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial magnetisierten Ringstrukturen (2) durch Permanentmagnetblöcke (8) gebildet werden und durch die magnetischen Leiter (7,9) zu einem magnetischen Kreis (13) verbunden sind, wobei die magnetischen Leiter (7, 9) aus weichmagnetischem Material gebildet sind.

3. Elektronenstoßionenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierten Permanentmagnetblöcke (8) Quader aus hartmagnetischen Materialien wie Sm₅Co oder NdFeB bestehen.

4. Elektronenstoßionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial magnetisierten Ringstrukturen (2) außerhalb der Einrichtung zur Erzeugung eines Vakuums abnehmbar angeordnet sind.

5. Elektronenstoßionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu öffnende und zu schließende Ionenfalle aus einer auf einem Hochspannungsisolator montierten dreigeteilten Driftröhre (4,15,4) besteht, wobei an den mittleren Teil (15) ein steuerbares Beschleunigungspotential und die beiden äußeren Potentiale ein einstellbares Fallenpotential legbar ist.

6. Elektronenstoßionenquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Driftröhre (15) mit einer Anzahl von entlang des axialen Elektronenstrahls verlaufenden Langlöchern zur Erzeugung eines Vakuums in der Ionisationszone versehen ist.

7. Elektronenstoßionenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vakuumrezipient (1) mit vier Flanschen (10) vorgesehen ist, bei dem zwei sich gegenüberliegende Flansche eine erste Achse (16) bilden und zwei weitere Flansche eine zweite Achse (17) bilden, wobei erste und zweite Achse (16,17) sich kreuzen, auf der ersten Achse (16) Elektronenkanone (3), Driftröhren (4,15,4), Elektronenkollektor (5) und Extraktor (6) in dieser Reihenfolge angeordnet sind, und entlang der zweiten Achse (17) an einem Flansch eine Hochspannungsdurchführung (11) zur Positionierung der Driftröhren (4,15,4) im Verlauf der ersten Achse (16) und an dem anderen Flansch (10) eine Vakuumpumpe anschließbar ist.

8. Elektranenstoßionenquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Leiter (7) parallel zur ersten Achse (16) den Vakuumrezipienten (1) beidseits der zweiten Achse (17) durchstechen und einen Aufsitz für die Ringstrukturen (2) bilden, und der in den Vakuumrezipienten (1) ragende Teil der magnetischen Leiter (7) L-förmig abgewinkelt ist und mit den Driftröhren (4) magnetisch kurzgeschlossen ist.

Claims

1. Electron impact ion source for creating highly-charged ions comprising

- an electron gun with cathode and anode for creating and accelerating of electrons, the cathode having an emissivity of ≥ 25 A/cm²,

- a device for axially-symmetric focusing of the electron beam,

- means for placing ionizable substances in an ion trap to be opened and closed in the region of the axially-symmetrically focused electron beam,

- a device for the annihilation of the electrons after the electrons having passed the ion trap, and

- a device for creating a vacuum around the axially-symmetrically focused electron beam and the ion trap present in said electron beam, with a vacuum of 10^-7 to 10^-11 being adjustable in the region where the electrons can be found during the operation of the electron impact ion source,

characterized by that

- the device for axially-symmetric focusing of the electron beam includes at least two annular structures (2) radially magnetized in opposite sense with each of the annular structures (2) enclosing the electron beam,

- every two opposite-sense radially magnetized annular structures (2) are connected to a homogeneous magnet system by magnetic conductors (7, 9) with the closing magnetic field penetrating the region where the ions can be found in the ion trap.

2. Electron impact ion source to claim 1 characterized by that the radially magnetized annular structures (2) are formed of permanent magnet blocks (8) and connected to a magnetic circle (13) by the magnetic conductors (7, 9) with the magnetic conductors (7, 9) formed of soft-magnetic material.

3. Electron impact ion source to claim 2 characterized by that the magnetized permanent magnet blocks (8) are cubuids of hard-magnetic materials such as Sm₅Co or NdFeB.

4. Electron impact ion source to one of claims 1 to 3 characterized by that the radially magnetized annular structures (2) are detachably displaced outside of the device for creating a vacuum.

5. Electron impact ion source to one of claims 1 to 4 characterized by that the ion trap to be opened and closed consists of a three-part drift tube (4, 15, 4) mounted on a high-voltage insulator with a controllable acceleration potential appliable to the central part (15), an adjustable trap potential to both outer parts.

6. Electron impact ion source to claim 5 characterized by that the central drift tube (15) is provided with a number of elongated holes running along the axial electron beam for creating a vacuum in the ionization zone.

7. Electron impact ion source to one of claims 1 to 6 characterized by that a vacuum recipient (1) with four flanges (10) is provided with two opposing flanges forming a first axis (16) and two other flanges forming a second axis (17), the first and second axes (16, 17) crossing each other, with electron gun (3), drift tubes (4, 15, 4), electron collector (5) and extractor (6), in this order, are arranged on the first axis (16), and along the second axis (17) a high-voltage passage (11) for positioning the drift tubes (4, 15, 4) in the course of the first axis (16) is connectable to a flange and a vacuum pump to the other flange (10).

8. Electron impact ion source to claim 7 characterized by that the magnetic conductors (7) pierce the vacuum recipient (1) parallel to the first axis (16) on either side of the second axis (17), forming a seat for the annular structures (2), and the part of the magnetic conductors (7) that passes into the vacuum recipient (1) is angled L-shaped and magnetically short-circuited with the drift tubes (4).

Revendications

1. Source ionique à flux électronique pour générer des ions fortement chargés, composée

- d'un canon à électrons avec une cathode et une anode pour générer et accélérer des électrons, la cathode présentant une émissivité ≥ 25 A/cm²,

- d'un dispositif pour focaliser le faisceau d'électrons de manière axialement symétrique,

- de moyens pour introduire des substances ionisables dans un piège à ions pouvant être ouvert et fermé dans la région du faisceau d'électrons focalisé de manière axialement symétrique,

- d'un dispositif pour détruire les électrons après la traversée du piège à ions,

- ainsi que d'un dispositif servant à produire un vide autour du faisceau d'électrons focalisé de manière axialement symétrique et du piège à ions qui s'y trouve, un vide de 10^-7 à 10^-11 Torr étant réglable dans la région de séjour des ions pendant le fonctionnement de la source ionique à flux électronique,

caractérisée en ce que

- le dispositif pour focaliser le faisceau d'électrons de manière axialement symétrique est composé d'au moins deux structures annulaires (2) magnétisées radialement en sens contraires et chacune des structures annulaires (2) entoure le faisceau d'électrons,

- deux structures annulaires (2) magnétisées radialement en sens contraires sont chaque fois reliées à un système magnétique unitaire par des conducteurs magnétiques (7,9), le champ magnétique qui se ferme traversant la région de séjour des ions dans le piège à ions.

2. Source ionique à flux électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les structures annulaires (2) magnétisées radialement sont formées par des blocs d'aimants permanents (8) et reliées par les conducteurs magnétiques (7,9) à un circuit magnétique (13), les conducteurs magnétiques (7,9) étant formés d'un matériau magnétique doux.

3. Source ionique à flux électronique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les blocs d'aimants permanents (8) magnétisés sont composés de parallélépipèdes en matériaux magnétiques durs tels que Sm₅Co ou NdFeB.

4. Source ionique à flux électronique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les structures annulaires (2) magnétisées radialement sont disposées de manière amovible à l'extérieur du dispositif servant à produire un vide.

5. Source ionique à flux électronique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le piège à ions pouvant être ouvert et fermé est composé d'un tube de dérive en trois parties (4, 15, 4) monté sur un isolateur haute tension, un potentiel d'accélération commandable pouvant être appliqué à la partie centrale (15) et un potentiel de piège réglable aux deux parties extérieures.

6. Source ionique à flux électronique selon la revendication 5, caractérisée en ce que le tube de dérive central (15) est pourvu d'une pluralité de trous oblongs s'étendant le long du faisceau d'électrons central pour produire un vide dans la zone d'ionisation.

7. Source ionique à flux électronique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'il est prévu un récipient à vide (1) avec quatre brides (10), dans lequel deux brides opposées forment un premier axe (16) et deux autres brides forment un deuxième axe (17), premier et deuxième axes (16, 17) se croisant, canon à électrons (3), tubes de dérive (4, 15, 4), collecteur d'électrons (5) et extracteur (6) étant disposés dans cet ordre sur le premier axe (16), et, le long du deuxième axe (17), une traversée haute tension (11) pour positionner les tubes de dérive (4, 15, 4) le long du premier axe (16) pouvant être raccordée à une bride et une pompe à vide à l'autre bride (10).

8. Source ionique à flux électronique selon la revendication 7, caractérisée en ce que les conducteurs magnétiques (7) transpercent parallèlement au premier axe (16) le récipient à vide (1) des deux côtés du deuxième axe (17) et forment un siège pour les structures annulaires (2), et la partie des conducteurs magnétiques (7) pénétrant dans le récipient à vide (1) est coudée en L et court-circuitée magnétiquement avec les tubes de dérive (4).

Zeichnung