Способ определения работы выхода коллектора плазменного прибора Советский патент 1982 года по МПК H01J9/42 H01J45/00 

1

Изобретение относится к электронной технике, в частности сиособам определения энергетических характеристик термоэлектронных преобразователей.

Известен способ определения работы выхода коллектора плазменного прибора методом обратной эмиссии с коллектора, в котором работа выхода определяется по току насыщения коллектора нри значительном отрицательиом напряжепии 1.

Известеи также способ определения работы выхода коллектора методом тормозящего поля .

В этом методе работа выхода коллектора плазменного прибора, например, диода, определяется из анализа больцмановского участка зависимости тока па коллектор от подаваемого на коллектор нанряження, задерживающего электроны:

,, , V еУк / in: А1 ехр ,

где Гэ - температура эмиттера. К;

УК - нанряжение, приложенное к коллектору, В,

WK - работа выхода коллектора, эВ; Л - постоянная Ричардсона, А/см-град2;

е - абсолютная величина заряда электрона, эВ/В.

Недостатком обоих методов является то, что они могут использоваться только в случае, когда длина свободного пробега электронов /е суще твенно больше межэлект5 родного расстояния L. В случае же, когда она сравнима, использование этих методов приводит к существенным ошибкам в определении работы выхода коллектора. В случае, когда , примепение этих методов

10 вообще невозмонхно вследствие сильного рассеяния электронов на атомах и ионах, ьолее того этимн метода и невозможно онределнть работу выхода коллектора термоэмиссионного преобразователя энергии в

практнческих условиях работы, когда - ,

например, - .

Целью изобретения является расширение области peлvимoв измерения термоэмиссн-0 онного плазменного прибора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения работы выхода коллектора плазменного прибора, содержащего эмиттер и коллектор, включающем измс2г, рение тока и напрялсения на коллекторе, температуры эмиттера, в иространстве между эмиттером и коллектором с помощью импульсного разряда создают плазму высокой плотности, и па стадии ее распада

30 при постояиной температуре эмиттера п

разных напряжениях на коллекторе снимают зависимость тока со временем до достижения режима плато и по измеренным току в точке нерехода с плато на спад, напряжению на коллекторе н температуре эмиттера определяют раооту выхода коллектора по соотношению;

А1

,,hil -TA--j -fкт,

ei,,i I

где WK - работа выхода коллектора, эВ; к - напряжение, приложенное па

коллекторе, В; Л - постоянная Ричардсона, А/см град ;

Гэ - температура эмиттера, К; i - плотность тока через прибор.

ia - ПЛОТНОСТЬ тока эмиссии электронов с эмиттера, А/см-;

К-л и Ra.- сопротивление плазмы вследствие электрон-атомных и электрон-ионных столкновений соответственно при температуре электронов, равной температуре эмиттера, ом-см-.

Процесс определения работы выхода коллектора нлазменного прибора, например, в недокомпенснрованпом режиме состоит в следующем: в прибор при установленных температуре эмиттера и давлении газопаполнителя подается ионизирующий имиульс с длительностью задйего фронта существенно меньще времени распада плазмы в приборе. По окончании ионизирующего импульса на коллектор подают напряжение УК и измеряют зависимость тока на коллектор от времени. Эти зависимости снимают при различных значениях УК ДО тех пор, пока на зависимости тока от времени не образуется плато, причем ток через прибор должен быть значительно меньще тока эмиссии с эмиттера. По измеренному значению тока в точке нерехода с плато на спад определяют работу выхода коллектора по выщеуказанному соотнощению.

Пример. В плазменном диоде при Гэ , i коллектора , работе выхода эмиттера 2,7 зВ, межэлектродном зазоре L 2 мм, давлении наров цезия 0,25 мм рт. ст., т. е. когда /e/L- 5 10 и плотности нлазмы после подачи ионизирующего импульса 5-10 см-з были проведены измерения работы выхода коллектора.

Па чертел е приведены зависимости тока от времени на стадии распада плазмы при следующих напряжениях на коллекторе: Кривая 1 УК -1,2 В.

Кривая 2 УК- -1.3 В.

Кривая 3 Ук -1,4 В.

Значение работы выхода коллектора, вычисленное но значению тока при постоянной температуре э.миттера в точке перехода с плато на снад и соответствующему напряжепию на коллекторе, составляет 1,7 эВ.

Этот способ определения работы выхода коллектора может быть использован не только в диодах, но и в более сложных плазменных приборах. При этом на стадии распада плазмы подают па все электроды кроме одного эмиттера и коллектора напряжение, обеспечивающее минимальное воздействие этих электродов на свойства плазмы.

Таким образом, данный способ позволяет измерить работу выхода коллектора в режиме, когда не применим снособ тормозящего поля.

Формула изобретения

Способ определения работы выхода коллектора плазменного прибора, содержащего эмиттер и коллектор, включающий измерение тока и напряжения на коллекторе, температуры эмиттера, отличающийся тем, что, с целью расщирения режимов измерения, в пространстве между эмиттером и коллектором с помощью импульсного разряда создают плазму высокой плотности, и на стадии ее распада при постоянной температуре эмиттера и разных напряжениях на коллекторе снимают зависимости тока со временемДО достижения режима плато и по измеренным току в точке перехода с нлато ia спад, напряжению на коллекторе и температуре определяют работу

выхода коллектора по соотнощению:

лт1

Г, е1/, r/Cnin I

/т г 1 /1 , i ,

-Л7з ---г in-: +Т- +

«

+

кт кт

WK - работа выхода коллектора, эВ;

VH - напряжение, приложенное на коллектор, Б;

Л- постоянная Ричардсона, А/см град

T.J - температура эмиттера, К;

г-плотность тока через прибор, А/см ;

/11 - плотность тока эмиссии электронов с эмиттера. А/см-;

/ „-сопротивлепие плазмы вследствие электрон-атомных м электрон-ионных столкновений соответственно при температуре электронов, равной температуре эмит тера, ом-см-. бб

Источники информации,туры коллектора, «Прямое преобразовапринятые во внимание при экспертизение тепловой энергии в электрическую и 1. Rufeh Firooz, Lieb David. «Зависимость1971.

вольт-амперных характеристик от темпера- 5 2. Там же, с. 129-131.

900750

топливные элементы в. 6 (107), с. 129,

i a/cf

0,05 .

5

- в- 9 }0

го

f(f

X

с

i,MKceK

Jo Ъ

50

S3