Способ получения пучка отрицательных ионов фуллеренов и/или их производных

 

Назначение: плазменная техника. Сущность изобретения: при получении пучка отрицательных ионов фуллеренов и/или их производных осуществляют испарение фуллеренов и/или их производных, ионизацию и извлечение ионов для формирования пучка. Испарение осуществляют из внутренней эффузионной ячейки, помещенной во внешнюю эффузионную ячейку, а ионизацию проводят при контакте паров фуллеренов с внутренней поверхностью внешней эффузионной ячейки, выполненной из материала, понижающего работу выхода электрона поверхности. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к способам получения отрицательных многоатомных ионов.

Интенсивные пучки отрицательных ионов могут найти применение при химической ионизации в ионных двигателях, в ускорителях высоких энергий.

Общий подход к получению отрицательных ионов состоит в поверхностной ионизации веществ, при котором решаются сложные технические задачи. Известен способ получения пучка отрицательных ионов фуллеренов [1] в котором используются средства лазерной техники. Известен способ, являющийся наиболее близким аналогом лазерная ионизация посредством воздействия на рабочее вещество лазерного излучения [2] Недостатками указанных способов являются, во-первых, наличие фрагментации молекул фуллеренов, вызванной лазерным воздействием, во-вторых, необходимость последующей термолизации, и, в-третьих, высокая стоимость оборудования для проведения лазерной ионизации.

Задачей настоящего изобретения является создание способа получения пучка отрицательных ионов фуллеренов и/или их производных, свободного от указанных недостатков.

Техническим результатом предложенного изобретения является исключение фрагментации молекул фуллеренов и/или их производных и получение интенсивного пучка ионов с равновесным составом. Кроме того, заявленный способ может быть осуществлен на оборудовании, стоимость которого значительно меньше оборудования для реализации методов лазерной ионизации.

Сущность изобретения заключается в следующем: используют две эффузионные ячейки, одна из которых (внутренняя ячейка) помещена в другую (внешнюю ячейку). Испарение фуллеренов и/или их производных осуществляют через эффузионное отверстие внутренней ячейки, в которую помещают соответствующие вещества в твердом состоянии. Ионизацию пара с последующим извлечением из него отрицательных ионов с помощью электростатического поля для формирования пучка ионов проводят при контакте пара с внутренней поверхностью внешней ячейки, причем во внешнюю ячейку предварительно помещаются вещества или ихсмесь, понижающие работу выхода электрона внутренней поверхности ячейки. Внутренняя ячейка изолирует твердую фазу фуллеренов и/или их производных от контакт с поверхностью внешней ячейки, вследствие чего при нагревании внешней ячейки, а вместе с ней автоматически и внутренней, в полости внешней ячейки образуется недонасыщенный пар фуллеренов. Это дает возможность поднимать температуру ячеек до значений, при которых поверхностная ионизация становится эффективной (выше 650 К). Верхний предел температуры определяется условием эффузионного истечения пара из внешней ячейки (в типичном случае общее давление пара во внешней ячейке не должно превышать 100 Па). Вся система (поверхность ячеек, твердая фаза фуллеренов и пар) находится в состоянии термодинамического равновесия, обеспечивая тем самым равновесность состава пара, в том числе и его ионной компоненты.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа, где изображены: 1 внутренняя ячейка, 2 внешняя ячейка, 3 рабочее вещество (фуллерены и/или их производные), 4 вещество или смесь веществ, понижающих работу выхода.

В качестве веществ, понижающих работу выхода внутренней поверхности внешней эффузионной ячейки можно использовать галогениды щелочных металлов.

Пример 1. Т=800 К. Смесь AlF₃ KF состава 25:75 мол. помещается во внешнюю эффузионную ячейку, выполненную из никеля. Во внутренней никелевой ячейке находится рабочая смесь фуллеренов С60, С70, С76, С78, С84. Плотность пучка отрицательных ионов составила 4 10^-8 А/см².

Пример 2. Т=850 К. Смесь AlF₃ KF состава 25:75 мол. помещается во внешнюю никелевую эффузионную ячейку. Во внутреннюю ячейку помещено рабочее вещество Cn (n=60, 70, 76, 78, 84). Плотность пучка отрицательных ионов составила 3·10^-7 А/см².

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет добиться увеличения плотности пучков отрицательных ионов фуллеренов и/или их производных и поддерживать стабильность получения пучков многоатомных ионов за счет исключения фрагментации многатомных молекул и получения пучка ионов с равновесным составом. Кроме того, способ может быть реализован на сравнительно дорогом оборудовании.

Формула изобретения

1. Способ получения пучка отрицательных ионов фуллеренов и/или их производных, включающий испарение фуллеренов и/или их производных, ионизацию и извлечение ионов из газопаровой фазы для формирования пучка отрицательных ионов, отличающийся тем, что испарение производят из внутренней эффузионной ячейки, помещенной во внешнюю эффузионную ячейку, а ионизацию осуществляют при контакте паров фуллеренов и/или их производных с внутренней поверхностью внешней эффузионной ячейки, выполненной из материала, понижающего работу выхода электрона поверхности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во внешнюю эффузионную ячейку вводят вещество или смесь веществ, понижающее при адсорбции работу выхода электрона внутренней поверхности внешней эффузионной ячейки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что испарение фуллеренов и/или их производных проводят из эффузионного отверстия внутренней эффузионной ячейки, установленной внутри внешней эффузионной ячейки так, что нагрев внешней ячейки приводит к нагреву внутренней, причем исключен контакт твердой фазы фуллеренов и/или их производных с поверхностью внешней эффузионной ячейки.

РИСУНКИ

Рисунок 1