Ionization Efficiency in a Hot Flat Disc-Shaped Cavity

Abstract

 Ионизаторы с горячей полостью различного типа находят широкое применение в атомной и массспектроскопии, в частности, в устройствах для разделения изотопов в режиме онлайн, представляют большой интерес для учёных и инженеров вследствие высокой эффективности ионизации, надёжности и чистоты луча. В работе предложен новый тип горячей ионизационной полости, а именно полости в форме плоского диска, особенно эффективной для ионизации короткоживущих нуклидов. Представлена численная модель ионного источника. Модель отслеживания частиц учитывает ионизацию на горячих поверхностях и позволяет моделировать как полость плоского диска, так и стандартные ионизаторы с удлинённой полостью. Модель позволяет выполнять расчёт общей эффективности ионизации и применима к стабильным и долгоживущим нуклидам. Рассмотрено влияние геометрии полости плоского диска (толщина и радиус) и его температуры на общую эффективность ионизации – показано, что эффективность увеличивается с радиусом полости из-за растущего числа столкновений частиц со стенками. Данный эффект может оказаться важен для трудноионизируемых нуклидов. Оптимальная геометрия ионизатора характеризуется эффективностью 90 % даже для трудноионизируемых веществ с коэффициентом ионизации порядка 0,05. Объясняется роль, которую играет размер экстракционного отверстия – показано, что эффективность ионизации увеличивается из-за уменьшения радиуса отверстия. Также доказано, что выходное напряжение 1–2 кВ достаточно для поддержания оптимальной эффективности.