Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 753-759 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:01987002208075300

Spatial variation of negative ion density in a volume H- ion source

P. Devynck, M. Bacal, J. Bruneteau et F. Hillion

Laboratoire de Physique des Milieux Ionisés, Laboratoire du C.N.R.S., Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France

Abstract
The density distribution of negative hydrogen ions along the axis of a hybrid multicusp H- ion source was measured, at different pressures, by using the photodetachement technique. It was found that in the region close to the plasma electrode (first electrode of the extractor) the negative ion density is strongly influenced by the stray magnetic field of the extractor magnets. This stray magnetic field divides the source into two distinct regions : a magnetic field-free region, in which the H- density is determined by volume production, and the region close to the plasma electrode, where the negative ion concentration is enhanced by diffusion from the surrounding plasma due to the unbalanced losses of electrons on the positively biased plasma electrode. For certain values of the bias potential the increase of H- density next to the plasma electrode is very large, leading to high extracted H- currents.

Résumé
Le profil de densité des ions H- est mesuré le long de l'axe d'une source multipolaire hybride d'ions H- , pour différentes pressions, en utilisant la technique de photodétachement. On trouve que dans une région proche de l'électrode plasma (première électrode de l'extracteur), la densité d'ions H- est fortement influencée par le champ magnétique de fuite des aimants de l'extracteur. Ce champ magnétique divise la source en deux régions distinctes : une région sans champ magnétique, dans laquelle la densité d'ions H- est déterminée par la production en volume ; une deuxième région, proche de l'électrode plasma, où la concentration des ions H- est accrue par la diffusion des ions H- du plasma environnant, due aux pertes non compensées d'électrons sur l'électrode plasma polarisée positivement. Pour certaines valeurs de la polarisation de l'électrode plasma, l'augmentation de la densité d'ions H- près de cette électrode devient très grande, conduisant à des forts courants extraits.

PACS
0777 - Particle beam production and handling: targets.
2925C - Ion sources: positive, negative and polarized.
7410D - Particle sources and targets.

Key words
hydrogen ions -- ion sources -- negative ions -- negative ion density -- hybrid multicusp H sup ion source -- photodetachment -- plasma electrode -- extractor magnets -- stray magnetic field -- volume production -- H sup