Твердотельный эмиттер ионов калия Советский патент 1991 года по МПК H01J3/04 

Изобретение относится к технике получения пучков ионов, а именно ионов щелочных металлов.

Целью изобретения является повышение ионов тока и удешевление эмиттеров,

Природный минерал ортоклаз, как было экспериментально обнаружено, проявляет ранее никем не использованные свойства, выражающиеся в том, что он является эффективным источником ионов К+.

Пример. Применение ортоклаза из Мало-Быстринского лазуритового месторождения.

Эмиссионные свойства ортоклаза были исследованы на стенде, представляющем

собой магнитоизолированный диод Нагрев эмиттера до 800-1250°С осуществлялся с помощью лазера. Эмиттер необходимых размеров (как правило, таблетка диаметром 8 мм и толщиной 1-6 мм) крепится на аноде стенда. На анод подавали импульс положительного напряжения амплитудой до 10 кВ и длительностью несколько миллисекунд. В качестве катода использовали танталовую сетку, регистрация ионного тока осуществлялась цилиндром Фарадея.

Эмиссия ионов К+ наблюдалась при температуре эмиттера ТЭ 800°С, при Тэ -1200- 1250°С плотность тока ионов достигала 0,5 А/см2 при следующих условиях экспериО

о

СА) О

мента: напряжение диода 10 кВ, анод-катодное расстояние 1,5 мм. длительность импульса 1-2 мс.

Для сравнения отметим, что аналогичные плотности токд ионов щелочных метал; лов при использовании эмиттеров из искусственных алюмосиликатов получались лишь при более жестких режимах.

Был проведен массовый и энергетический анализ пучка ионов, полученных с применением эмиттера, изготовленного из ортоклаза. Исследования показали, что пучок состоит из ионов К+ и тяжелых примесей, масса которых в 2 раза и более превышает массу К4, количество примесей не превышает 1 %. При необходимости получения пучка ионов К+ высокой массовой однородности эти примеси могут быть легко отсепарированы.

Поскольку образцы ортоклаза из различных месторождений сходны по химическому составу (присутствуют лишь незначительные количества примесей СаО, ВаО, Рв20з и др., влияющих на его эмиссионные свойства) и идентичны по всей кристаллической структуре, то не вызывает сомнений, что образцы минерала из других месторождений будут проявлять такие же эмиссионные свойства.

Результаты исследования эмиттера ионов К из природного минерала ортоклаза (KfAISisOeD убедительно показывают преимущества использования ортоклаза в качестве источника ионов К, а его простая механическая обработка позволяет значи-. тельно упростить технологию изготовления источников ионов К, снизить энергетические и материальные затраты. Кроме того, использование природного минерала в качестве эмиттера ионов позволяет приготовить значительные по площади источники ионов со сложной эмиссионной поверхностью, в том числе источники с электростатической поперечной компрессией пучка, что довольно сложно выполнить, используя искусственные алюмосиликаты.

На чертеже приведены сравнительные зависимости плотности тока для различных алюмосиликатных эмиттеров при одинаковых температурах поверхности эмиттера от

величины вытягивающего электрического поля Е Ud/d, где Ud - напряжение диода, d - расстояние анод-катод.

Кривая 1 - ортоклаз при Тэ 1150°С. Кривая 3 - ортоклаз при Тэ 1250°С.

Кривая 2 - искусственный алюмосиликат калия К20. 2 SI02, Тэ - 1150°С.

Кривая 4 - искусственный цеолит (Na - морденит), Тэ 1250°С.

Кривая 5 - то же, Тэ 1350°С.

Таким образом, приведенные данные говорят о том, что использование ортоклаза в качестве эмиттера ионов позволяет получать ионные токи порядка 1 А/см при меньшей температуре эмиттера и меньшем

значении электрического поля, чем при использовании известных алюмосиликатных источников ионов (кривые 1,3).

Таким образом, технико-экономические преимущества природного материала ортоклаза при использовании его в качестве эмиттера ионов К+заключаются также в том, что значительно упрощается процесс изготовления эмиттеров, особенно сложной формы. Следует также отметить, что поток

ионов К+, полученный при использовании эмиттера, изготовленного из ортоклаза, обладает высокой однородностью по массе (99%) и энергетическим разбросом, не превышающим 3%. Величина плотности тока

ионов К+ сравнима с лучшими результатами, полученными с помощью искусственных эмиттеров, но при более.ниэких значениях температуры и вытягивающих напряжений.

Формула изобретения Твердотельный эмиттер ионов калия на основе алюмосиликата, отличающийся . тем, что, с целью увеличения ионного тока и

уменьшения стоимости, он выполнен из ортоклаза.

0,76

0,5

0,25

Изобретение относится к технике получения пучков ионов, а именно ионов щелочных металлов. Цель изобретения - повышение ионного тока и удешевление эмиттеров - достигается тем, что эмиттер выполнен из ортоклаза. Природный материал артоклаз является эффективным источником ионов К⁺. Использование природного минерала в качестве эмиттера ионов позволяет приготовить значительные по площади источники ионов со сложной эмиссионной поверхностью, а также источники с электростатической поперечной компрессией пучка. Значительно упрощается процесс изготовленния эмиттеров, особенно сложной формы. Поток ионов К⁺, полученный при использовании эмиттера, изготовленного из ортоклаза, обладает высокой однородностью по массе (99%) и энергетическим разбросом, не превышающим 3%, а величина плотности тока ионов К⁺ сравнима с лучшими результатами, полученными с помощью искусственных эмиттеров, но при более низких значениях температуры и вытягивающих напряжений. 1 ил.

О

50

100 150

U/d.HBJcM