Роторный затвор ионного пучка

Полезная модель относится к ионно-пучковой обработке материалов и может быть использована в качестве конструктивного элемента ионных имплантеров, а также других установок для ионного облучения.
Из уровня техники известны устройства затворов с вращающимися дисками, например центральный фотозатвор [Авторское свидетельство СССР 315153, МПК G 03 B 9/18, публ 21.09.1971г]. Устройство содержит  кинематически связанные между собой экспонирующие диски, два из которых установлены с  возможностью непрерывного вращения в противоположных направлениях от электродвигателя, а третий – со скоростью, не совпадающей с указанными дисками, через механизм синхронизации, который выполнен в виде индукционных катушек, в зазоре между торцами которых размещен третий диск, управляющий частотой сигнала механизма синхронизации, а выход последнего через электронный коммутатор соединен с исполнительным механизмом лепестковой заслонки
Однако этот затвор имеет сложную конструкцию с большим количеством движущихся частей, которые не позволяют обеспечить надежную работу и необходимый ресурс в условиях вакуума, высоких температур и воздействия пучков ускоренных ионов.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является ротативный фотозатвор, содержащий два диска, выполненные из электропроводного материала, с вырезами, расположенные в параллельных плоскостях на разных осях и кинематически связанные между собой посредством зубчатой передачи и дифференциала (при этом периферийные их части расположены между полюсами электромагнитов), и привод вращения дисков, а также датчик оборотов дисков, блок управления, электрически связанный с датчиком и электромагнитами, и средство ограничения величины фазового сдвига дисков. [Авторское свидетельство СССР 1474578, МПК G 03 B 9/08, публ. 23.04.1985г.].
К недостаткам описанного приспособления следует отнести сложную конструкцию с невозможностью равномерного дискретного набора больших выдержек, с большим количеством движущихся частей, а также невозможность обеспечить стабильность работы в условиях вакуума, высоких температур и воздействия пучков заряженных частиц.
Раскрытие сущности полезной модели
16
-2
2
Задачей предлагаемой полезной модели является создание затвора для  равномерного дискретного набора повышенных флюенсов (например, 10 сми более при токе пучка 100 мкА\см) при работе ионного источника в непрерывном режиме  (за счет суммирования малых выдержек) с повышенными эксплуатационными характеристиками устройства в условиях вакуума и высоких температур, а также безопасность работы других элементов вакуумной системы (в том числе стабильность значений единичной выдержки во время работы затвора).
16
-2
Технический результат - обеспечение равномерности скорости набора повышенных флюенсов (10 сми более), уменьшение единичного отрезка времени ионного облучения, высокая долговечность роторного затвора ионного пучка в условиях вакуума и высоких температур, безопасность работы других элементов вакуумной системы при использовании затвора.
Предлагаемое устройство роторного затвора ионного пучка иллюстрируется графическими изображениями:
Фиг.1 – главный вид, где 1 – диск с секторальным отверстием, 2 - пластина с диафрагмирующим отверстием, 3 – вал привода, 4 – электродвигатель.
Фиг.2 – вид сверху, где 1 – диск с секторальным отверстием, 2 - пластина с диафрагмирующим отверстием.
Фиг.3 – сечение А-А фиг.1, где 1 – диск с секторальным отверстием, 3 – вал привода
Фиг.4 – сечение Б-Б фиг.1, где 1 – диск с секторальным отверстием, 2 - пластина с диафрагмирующим отверстием, 3 – вал привода, 4 – электродвигатель, 5 – источник ионного пучка, 6 – условное место позиционирования образца.
Фиг.5 – примеры возможного исполнения диафрагмирующих дисков .
Диск 1 с отверстием в виде части сектора круга с заданной величиной угла, и пластина 2 с диафрагмирующим отверстием для прохождения пучка ионов из вакуумного материала (например, из нержавеющей стали),  располагаются плоскопараллельно (диск 1 под пластиной 2), так, что их отверстия не перекрываются в начальный момент времени, и пучок ионов от источника 5 не попадает на образец (расположенный под диском 1, условное место позиционирования образца - 6). Диск 1, соединенный с валом 3, приводится в движение двигателем 4, оснащенным устройством контроля и поддержания заданного количества оборотов в единицу времени. Диаметр диска 1 подобран с учетом возможного расхождения пучка ионов таким образом, чтобы пучок, выходящий из отверстия в пластине 2, попадал только на диск 1, исключая возможность воздействия на объекты вне диска. Регулируя угол сектора в диске 1, путем непосредственной замены диска с другой величиной угла, можно варьировать длительность и флюенс единичной экспозиции. Допускается изготовление диска с несколькими отверстиями, расположенными симметрично относительно оси вращения Изменение числа оборотов в единицу времени, общего числа оборотов, количество диафрагмирующих отверстий в диске позволяет регулировать скважность, а также интегральный флюенс, набираемый в ходе облучения.
Работа системы осуществляется следующим образом.
При включении электродвигателя 4 диск 1 совершает обороты вокруг оси вала 3, периодически открывая окно пластины 2 на заданные промежутки времени таким образом, что образец, расположенный под диском 1, в каждой своей точке получает одну и ту же дозу. Выбор устройств передачи крутящего момента, их габаритных размеров, точность сборки узлов, балансировка тел вращения и возможность установки упругих подставок у основания конструкции позволяет исключить возможные вибрации в ходе работы роторного затвора для обеспечения безопасности работы других элементов вакуумной системы.  В результате управления количеством оборотов двигателя в единицу времени, а также изменения величины угла сектора отверстия диска, осуществляется настройка системы с учетом конструктивных особенностей.