Контактный эмиттер Советский патент 1987 года по МПК H01J3/04 H01J37/08 

сл

а а:

00

I

00 со «.

КОНТАКТНЫЙ ЭМИТТЕР, содержащий перфорированные сетки, выполненные из материала, у которого работа выхода электронов превышает энергию ионизации атомов рабочего вещества, отличающийся тем, что, с целью расширения области эффектив-г ного использования контактного эмиттера , сетки имеют различную прозрачность и расположены в порядке ее возрастания так, что наружная сетка, образующая рабочую поверхность эмиттера, имеет максимальную прозрачность../.^,

I..

tpaeJ Изобретение относится к области электрических вакуумных приборов, а dJiee конкретно, - к областеййствчнй Гкрв зарЙ бнных частиц с прокачкой ра бочёго вещества сквозь проницаемый контактный эмиттер, и может быть ис пбМЁЭОвано в электроракетных косми - ежХДвигатблях, термоионных преоб Ш&ёггТелях Энергий, .ионных и элёкт 15ШнйХпрожекторах, а также генерато pax холодной термической цлазмы, аШлоТйчНые кЬнтайтные §мйтге)ы, выполненные в виде проница емойстейкй, спеченной изТгр ЙУЗтГй РО ванното порошка металла, у которого раббта выхода электронов больше, чем - Шергй: ионизации атомов рабочего ве щества . ПодобнЪю ;эмиттеры ттрименяютс в цёзиевых ионных Двигателях с повер хностной ионизацией, как ионизаторы атомов цезия. В термоионных прёобраЭоВателях энергии с прокачкой ц Зйёвого пара сквозь горячий электр д 6н используются как ионно-электронные эмиттеры. Однако использование известного - --1гЬйтактного эмиттера , в обеих областя дЪстаточно эффективно. Так, йайри мер, ионНые источники с подобным це зШ Ъ1м аой11затором тлеют сравнительн невысокий Энергетический КПД. Низкий КПД и невысокзпо электрическую мощ Нбсть, приведенную к единице поверхТ Т.6е й известного эмиттера, имеют ука занные термоионные преобразователи. Эти обстоятельства могут быть объ яс;йёНы малыми размерами эмиссионной области на наружной, рабочей поверх Шет й йЗвестЬного эмиттера, а также значительной нерад нозначностью эмис с йо нн6й способности различных участков этой области. Полезная эмиссион 1113Ш йость сйШа лййь с Плыцади, определяемой размерами эмиссонной области, в то время как бесполезное рассеяние большей чаёти тепла, подве Дёнйбгд Гэмиттеру, происходи со всей его рабочей поверхности. Неравнозначность свойств различных участv- 1К0В эмиссионной области эмиттера опЙ Я1 1даЯ1 ёрёд11Ш1Ш1Ш5ёйн эми ную спЪсоВШЙТё её ётёйДу т(3ге,что ;: тЬПГбк о часть этих участков обладает максимальной эмиссионной способность Причиной ука занных недостатков явля lllr структура и низкая noljUcfocTb известного контактного Эмиттера. , -.,---., Известен контактный эмиттер, со- . держащий перфорированные сеткИ, .выполненные из материала, у которого работа выхода электронов превышает энергию ионизации атомов рабочего вещества.. , Подобные контактные эмиттеры имеют обычно регул ярную структуру и высокую пористость, что определяет относительно большие размеры эмиссионной области и высокую однородность свойств ее различных участков. Испытания подобных эмиттеров, содержащих проволбчН1Ь1ё сеткй из вольфрама, подтверждайт возможность их использований в качестве цезиевых ионизаторов. Однако даже в этом случае использование их недостаточно эффективно. Известные контактные эмиттеры требуют повышенных рабочих температур и имеют пониженную эффективность ионизации по сравнению с лучшими образцами пористых цезиевых ионизаторов из гранулированного сферического вольфрамового itopotoKa . Это определяет обычно низкий энергетический КПД и коэффициент использования рабочего вещества вИОННЫХ источниках, содержащих известный,контактный эмиттер. Данное обстоятельство йожетбыть объяснено тем, что в подобных контактных эмиттерах сетки имеют обычно большую прозрачность и эмиттер обладает высокой проницаемостью. Следствием этого является малый перепад давления рабочего вещества на эмиттере, что обуславливает сильную завнси- мость эмиссионных свойств от величины потока цезия сквозь эмиттер..Кроме того, вольфрам, часто используемый . дЛя изготовления контактных эмиттеров, имеет большую теплоту десорбции ftotfoB цеэйя, что определяет сравни- , тельно высокий уровень требуемых рабочих температур эмиттера. Целью изобретения является расши- i рениё области эффективного использования контактного эмиттера. Постав ЛёНная цель достигается тем, что йетКй ййеют различную прозрачность й расположены в порядке ее возрастания так, что наружная сетка, образующая рабочую поверхность эмиттера, имеет максимальную прозрачность. Конструкция эмиттера позволяет, таким образбИ, устанавливать в широких пределах осйовные параметры струк1ТурЫ, случае мало зависящие 3 66 друг от друга: проницаемость эмнттёрй и закон ее изменения по толщине, площадь контакта с рабочим веществом и прозрачность наружной рабочей сетки эмиттера. В этом случае максимальная прозрачность рабочей сетки эмиттера определяет максималЬные ;ра мёрь1 эмйс сионной области на рабочей поверхности. Изменение проницаемости по тоящине эмиттера снижает зависимость эмиссионных свойств материала вблизи рабочей поверхности от расхода рабочё го вещества через эмиттер,;; так какв этом случае расход определяется; б большей степени, проницаемостью бетки имеющей минимальную прозрачность. Это позволяет иметь высокую эмиссионную способность эмиттирующей области на рабочей поверхности эмиттера,практически независимо от величины потока рабочего вещества. Применение для сеток материалов с низкой теплотой десорбции ионов рабочего вещества позволит снизить затраты тепловоц энергии на ионизацию, а также уменьшй-гь бесполезное рассеяние тепла с рабочей поверхности эмиттера. Указанные качества предлагаемого контактного эниттера заряжеННйх частиц позволяют, таким образом , существенно расширить область его эффективного использования. На фиг.1 представлена схема испол зования предлагаемого конта1стного эмиттера в источнике заряженных частиц; на фиг.2 - контактный эмиттер заряженных частиц, поперечный разрез на фиг.3 - сетки, содержащиеся в эми ,,,,, I в. Источник содержит систему 1 подач пара рабочего вещества, эмиттерный узел, состоящий из корпуса 2 и кон „,;; „,. ,„,

IS l R tS 1 (/.2 4 тактного эмиттера 3 собранного из сеток. Для нагрева эмиттера до рабочей температуры служит нагреватель 4. Для снижения потерь тепла, подв одимого к эмиттеру, служат экраны 5. Для вытягивания заряженных частиц из эмиттера предусмотрёна система вытягивания 6. Эмиттерный узел выполнен из тугоплавкого металгла. Сетки эмиттера могут быть выполнены из рения, имеющего низкую теплоту десорбции иоионов рабочего весчества,-в частности цезия. . .; . При работе источника заряженных частиц рабочее вещество в парсобразном состоянии поступает из системы подачи 1 в патрубок корпуса 2 и проходит сквозь отверстияв сетках коНтактного эмиттера 3, нагретого с аомощью нагревателя 4 до рабочей температуры. При этом эмиссионная способность рабочей поверхности эмиттера определяется степенью покрытия материала сеток нейтральными атомами рабочего вещества. Заряженные частицй вытягиваются из эмиттера 3 системой вытягивания заряженных частиц В. Испытания контактного эмиттера. провелГенные aвтopa йf, подтверждатот возможность его эффективного использования в йсточникат : зa:pяжeйньIX частиц. , Так, например, при работе его в качестве цезиевого kdWfaRTHbrb йонизатора, плотность ионного тока с рабочей поверхности эмиттера может составлять 30-50 мА/см при эффективности ионизации в 99,5-99,3%. При этом энергетическая цена иЬна (оцененная - . отношением тепловой мощности, излученной с.рабочей поверхносд-и эмиттера, к ионному току с той же поверхности) составляет 70-50 эВ/ион.

fei:-.-.;-,.4V4ji.i.-i.-.