Fonte de Íons

      Laboratório Aberto de Física Nuclear - LAFN

MC-SNICS
 
 
Descrição / Princípio de operação
 

           A Fonte de íons MC-SNICS (Multicathode Source of Negative Ions by Cesium Sputtering) adquirida da NEC, pode produzir feixes de íons negativos de praticamente todos os elementos químicos ou moléculas. Podem ser montados até 32 cátodos num carrossel o que possibilita o chaveamento rápido de um feixe para outro sem a interrupção da operação da fonte nem quebra do vácuo.

       A geração do feixe é feita pelo bombardeamento por íons de césio e subsequente pulverização de uma pequena quantidade de material compactado num cadinho especial formando uma pastilha (cátodo). O vapor de césio sobe do reservatório até a câmera de ionização. Parte do césio condensa-se na superfície frontal do cátodo e outra parte do césio é ionizado pela superfície quente do ionizador. O ionizador produz um feixe primário de césio que golpeia a superfície de refrigeração da amostra. O césio, ionizado positivamente, acelera para o cátodo, bombardeando partículas da pastilha (pulverização catódica) que encontram-se sob a camada condensada de césio. As partículas do cátodo por sua vez são expelidas devido ao impacto com o íon positivo, atravessando a camada de césio da superfície da pastilha e formando íons negativos através da captura de elétrons fracamente ligados do césio.

       Os feixes gerados nesta fonte têm energia de 5 KeV e são extraídos por um potencial de extração de 20 KV. A energia do feixe depois da extração é de 25 KeV. A fonte de íons está montada numa estrutura isolada eletricamente à qual é aplicada uma tensão de -80KV para preacelerar o feixe de maneira a poder injetá-lo no acelerador. Esta preaceleração é feita no tubo de preaceleração. A energia do feixe depois desta aceleração é de 105 KeV.

       A primeira análise do feixe é feita no eletroímã infletor. Este ímã deflete o feixe em 90 graus mudando a direção do feixe da horizontal para a vertical. O seu produto massa energia é 20 (massa expressada em unidades de massa atômica e energia em MeV). Este ímã é de focalização simples e, portanto, é necessário um sistema de focalização anterior que focalize o feixe, no plano vertical, nas fendas objeto e no plano horizontal, nas fendas imagem. Esta focalização é feita pelo dupleto eletrostático. Entre o dupleto eletrostático e as fendas objeto existem pares de defletores eletrostáticos com o objetivo de fazer pequenas correções na direção do feixe e um "picotador" (chopper) eletrostático que pode produzir pulsos de feixe com duração de alguns microsegundos e intervalo entre pulsos que pode variar entre dezenas de microsegundos e milisegundos. Outros equipamentos existentes no oitavo andar são: bomba turbomolecular com velocidade de 400 l/s; bomba iônica de 1000 l/s; válvulas de isolamento; válvula para arejamento; copo de Faraday; monitorador de perfil de feixe (beam scanner) e fendas de definição de feixe.

Terminologia:  
Cadinho: peça cilíndra metálica onde será compactado o material de interesse para o feixe;
Cátodo: material químico compactado na forma de pastilha dentro de um recipiente específico denominado cadinho onde é aplicada uma tensão de -5KV;
Câmera de Ionização: local onde ocorre o bombardeamento e ionização do césio;
Carrossel: anel metálico refrigerado onde estão montados os 32 cátodos;
Césio: elemento químico mais eletropositivo do grupo dos metais alcalinos;
Extrator: elemento óptico responsável pela extração de um pacote de feixes provenientes do bombardeamento (pulverização) por íons de césio no cátodo;
Feixe Primário: feixe de césio ionizado no interior da câmera de ionização;
Feixe secundário: feixe negativo do material extraído pelo bombardeamento (pulverização) do cátodo;
Ionizador: aparato de Ta responsável pelo fornecimento de energia na forma de calor para ionização do césio;
Lente Cs: anel defletor de Ta, responsável pela focalização do vapor de césio na superfície frontal do cátodo;
Lente Einzel: elemento óptico de focalização e alinhamento do feixe extraído;
Reservatório: local de confinamento do césio metálico, localizado entre o carrossel e o ionizador;
Tubo Preacelerador: elemento metalocerâmico que recebe potencial de -80KV responsável pela preaceleração do feixe a ser injetado no acelerador.