Fontes de íons

Num acelerador Tandem, o terminal central é positivo e a entrada e a saída do acelerador são aterradas. Dessa forma a injeção de íons deve ser feita com íons negativos. As fontes de íons geram feixes de íons negativos de vários elementos, do hidrogênio ao titânio, aproximadamente. Há duas fontes disponíveis, com princípios de funcionamento bem distintos, a fonte Alphatross e a fonte SNICS.


 

Figura 1 - As duas fontes de íons em operação no LAMFI, a da esquerda é a Alphatross e a da direita é a SNICS.

 

A fonte Alphatross recebeu esse nome por ter sido projetada para a produção de He-. Esse tipo de feixe é indicado para análises RBS de filmes finos, permitindo a obtenção de um perfil em profundidade dos elementos constituintes das amostras. O princípio de funcionamento é baseado, primeiramente, na ionização do gás hélio através da formação de um plasma por uma fonte de rádio freqüência de 100 MHz, acelerado por uma diferença de potencial de 6 kV em direção ao compartimento de troca de carga em vapor de rubídio. Somente 2% do feixe é convertido em íons negativos, que são extraídos e pré-acelerados por uma tensão de 14 kV e injetados no acelerador.


Figura 2 - Vista geral da fonte de íons Alphatross e a entrada de gás hélio.

Figura 3 - Plasma de Hélio fomado na fonte Alphatross

 

A fonte SNICS (acrônimo de "Source of Negative Ions by Cesium Sputtering") gera feixes a partir de um material sólido através de impacto de íons de césio no cátodo, que lhe arranca íons negativos. A fonte cria um ambiente com vapor de césio aquecido por elétrons emitidos por um ionizador de tântalo. Como o cátodo é mantido em um potencial negativo de aproximadamente 2 kV, os íons Cs+ são atraídos até ele, e os íons negativos produzidos são então repelidos. O feixe é extraído da fonte e pré-acelerado por uma diferença de potencial de 18 kV.


Figura 4 - Vista da fonte SNICS.

Por usar metais alcalinos nas duas fontes, Rb na Alphatross e Cs na SNICS, a manutenção de um bom alto vácuo no sistema é crucial, pois qualquer vazamento acarreta oxidação do metal, deixando as fontes inoperantes. Ambas as fontes são capazes de gerar feixes negativos da ordem de 300nA, para os íons mais utilizados no laboratório.