Способ получения тока эмиссии ионов

 

он 964786

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.12. 80 (21) 3223915/18-25

{51)М Кл з

Н 01 J 27/00 с присоединением заявки №

Государственный комитет

СССР

- по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 07. 10. 82Рюллетень ¹37 (53) УДК533. 9 (088.8) Дата опубликования описания 07.10 ° 82 (72) Авторы изобретения

ВСЕСОЮЗН4 Я

ТЕХНИЧЕСКАЯ ип ИНЮТЕНА

Г.М.Мантрова, М.Н.Яковлева и Б.С.Кульварская

Институт радиотехники и электроники AH СССР. (71) Заявитель, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОКА ЗМИССИИ ИОНОВ .

Изобретение относится к вакуумным электронным приборам, в частности к элементам конструкции приборов с ионным пучком, к ионным пушкам.

Известен способ получения ионных пучков из плазменных источников f1).

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения тока эмиссии ионов в вакууме, заключающийся в нагревании слоя диэлектрического эмиттера ионов, например алюмосиликата щелочного металла, до определенной температуры и в отборе тока положительных ионов с его поверхности при включении напряжения между эмиттером и.коллектором, расположенным вблизи поверхности эмиттера (2).

Недостатком этого способа является малая плотность термоионного тока.

Цель изобретения — увеличение плотности термоионного тока.

Цель достигается согласно способу получения тока эмиссии ионов, основанном на отборе ионов с поверхности нагретого диэлектрического эмиттера ионов, поверхность эмиттера ионов дополнительно облучают источником электронов, потенциал которого по величине равен потенциалу эмиттера ионов, На чертеже представлена схема устройства, реализующего предложенный способ.

Схема содержит эмиттер 1 ионов, коллектор 2, источник 3 электронов, источник 4 импульсного напряжения, измерительное сопротивление 5, осциллограф б.

Способ осуществляют следующим образом.

Из-за специфического строения кристаллической решетки, например алюмосиликата щелочного металла, .при достаточно высокой температуре ионы щелочных металлов мигрируют в слое эмиттера и испаряются с его поверхности. В момент включения напряжения между эмиттером и коллектором ионов имеют место соотношения

Укол E

ЗО тера и в вакуумном промежутке.

964786

Для напряженности электрического поля в слое эмиттера, определяющий начальный ток проводимости и, следовательно, начальный ток эмиссии, исходя из приведенных соотношений, имеем Е ю = < + < Tare xaz Я1 1 и 2 U кол 5 л 2 + Я а <а а1 то Еур 7à — а

Цк л»

261

В результате процесса миграционной поляризации и образования пространст-ip венного заряда ионов в слое у поверхности эмиттера, задерживающего движение ионов к поверхности слоя, напряженность поля в слое .са временем изменяется,по закону Е = Е е Ю, где — постоянная времени процесса пе рераспределения поля. уменьшение напряженности поля приводит к уменьшению тока проводимости и соответственно тока эмиссии ионов в вакуум. 20

При включении источника отрицательно заряженных частиц, электрически соединенного с эмнттером ионов, на поверхности эмиттера ионов в силу ограниченной проводимости этой поверхности образуется слой отрицательного заряда. При включении напряжения между эмиттером ионов и коллектором в начальный момент выполняются соотношения Е, Й„ + Е ф1 = Uqg> и о Е о о С Е1е = 6, где 6 — плотность отрицательного поверхностного заряда, 6 О " абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума. Напряженность поля -в слое эмиттера, равная о8 "кол g, 35

Е О будет больше напряженности поля в слое в отсутствие отрицательного поверхностного заряда

Ьа1

40 (+ }, раз, что приведет к о=1 кол увеличению тока проводимости в слое и соответственно тока эмиссии ионов.

Пример. Эмиттер ионов подо- 45 гревный, представляет собой плоский никелевый керн диаметром 8 мм, на который нанесен алюмосиликат лития (5 мг) .

Коллектор состоит из двух плоских электродов-сетки с проницаемостью

85%, расположенной на расстоянии .2 мм от эмиттера ионов, и коллекторного электрода, расположенного за сеткой иа расстоянии 1 мм от нее.

На сетку подается напряжение, ускоряющее ионы, а на коллекторный электрод подается положительное относительно сетки напряжение порядка

100 B для исключения вклада вторичных электродов с коллекторного элект- 60 рода в измеряемый ионный ток.

Напряжение, ускоряющее ионы, подается от импульсного источника питания. Длительность импульса и частота повторения выбраны таким обра- 65 зом, что в течение импульса поле в слое, ток проводимости и ток эмиссии не успевают заметно измениться из-за образования пространственного заряда в слое у поверхности эмиттера. За время между импульсами устанавливается равновесное распределение ионов в слое эмиттера, что обеспечивает максимальные величины токов. ускоряющее напряжение выбрано

Uqqq 4 кВ, длительность импульса

6,5 мкс, частота повторения 1 Гц.

Эмиттер электронов прямонакальный, вольфрамовая нить длиной 5 см и диаметром 0,3 мм, имеющая П-образную форму, расположенную в плоскости, перпендикулярной плоскости эмиттера ионов и находящаяся на расстоянии

1,5 мм от него. Центральная часть нити находится на уровне поверхности эмиттера, Напряжение накала 5 В и ток,накала 8 A.

Для температуры эмиттера ионов 1100 C плотность ионного тока

100 мЛ/см, для температуры эмиттера ионов 1250ОC,ïëoòíoñòü ионного тока 140 мА/см1.

Без эмиттера электронов (при выключенном нагреве эмиттера электронов) для тех же температур эмиттера ионов плотность ионного тока составляет 37 и 75 мА/см> соответственно., Включение и выключение нагрева электронного эмиттера приводит к постепенному установлению ионного тока (в течение 3-4 мин), что указывает на природу явления, связанного с постепенным накоплением заряда на поверхности диэлектрика и постепенным стеканием заряда с нее.

Для получения отрицательно заряженных частиц можно также использо-. вать подогревные катоды, плазменные источники электронов и отрицательных ионов.

Таким образом, использование изобретения обеспечивает повышение плотности тока ионной эмиссии в 2-3 раза по сравнению с известными способами, что позволяет повысить эффективность научных исследований, а при использовании в приборах — повысить мощность приборов.

Формула изобретения

Способ получения тока эмиссии ионов, заключающийся в нагреве диэлектрического эмиттера ионов и отборе ионов с поверхности эмиттера, отличающийся тем, что, с целью увеличения плотности тока эмис. сии,поверхность ионов дополнительно облучают источником электронов, потенциал которого по величине равен потенциалу эмиттера ионов.

964786

Составитель A. Рахимов

Техред Л. Пекарь Корректор Н, Король

Редактор A Долинич

Эаказ 7644/36 Тираж 761 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и,открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

° °

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Габович М.Д. Плазменные источники ионов, Киев, "Наукова думка", 1964, с. 5-,16. . 5

2. Кульварская В;С., Мантрова Г.M. и Яковлева М.Н. Ирследование термоионной эмиссии твердотельного источника ионов лития в импульсном режи- ме. - "Радиотехника и электроника", т. XXV, 1980, 9 4, с. 823 (прототип) .