Способ получения тока эмиссии ионов Советский патент 1982 года по МПК H01J27/00 

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 tl 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 обл1чают источником электронов, потенциал которого по

величине равен потенциалу эмиттера ионов.

На чертеже представлена схема устройства, реализукицего предложенный способ.

Схема содержит эмиттер 1 ионов, коллектор 2, источник 3 электронов, источник 4 импульсного напряжения, измерительное сопротивление 5, ос10циллограф б,

Способ осуществляют следующим образом.

Из-за специфического строения

15 кристаллической решетки, например алюмосиликата щелочного металла, при достаточно высокой температуре ионы щелочных металлов мигрируют в слое эмиттера и испаряются с его

20 поверхности, в момент включения напряжения между эмиттером и -коллектором ионов имеют место соотношения UKO E.,|)d + Ej(jd,j ие-, EI Е, где UKOA- напряжение на коллекторе, 25 d. и dj - толщина слоя э 4иттepa и вакуумного промежутка, -, .и f. диэлектрические постоянные слоя эмиттера и вакуумногопромежутка, Е - напряженность поля в слое эмит30тера и в вакуумном промежутке. Для напряженности электрического поля в слое эмиттера, определяющий начальный ток проводимости и, следовательно, начальный ток эмиссии., исходя из приведенных соотношений, име ЕЮ . « а;« d,, тоЕ, . в результате процесса миграционно поляризации и образования пространст венного заряда ионов в слое у поверх ности эмиттера, задерживающего двйже вие ионов к поверхности слоя, напряженность поля в слое со временем изменяется, по закону Бх( , где ft - постоянная времени процесса пет рераспределения поля. Уменьшение напряженности поля приводит к уменьшению тока проводимости и соответственно тока эмиссии ионов в вакуум. При включении источника отрицательно заряженных частиц, электрически соединенного с эмиттером ионов на поверхности эмиттера ионов в силу ограниченной проводимости этой поверхности образуется слой отрицатель ного заряда. При включении напряжения между эмиттером ионов и коллектором в начальный момент выполняются соотношения E,pii UKOA и , где ё - плотность отрицательного поверхностного заряда, -,0 абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума. Напряженность поля в слое эмиТтера, равная епе„и„„.6ап .Р . кол I.будет больше на O-EotSi.) пряженности поля в слое в отсутствие отрицательного поверхностного заряда (bdl« ),| раз, что приведет к оЧ. -кол увеличению /тока проводимости в слое и соответственно тока эмиссии ионов П р и nil ё р. Эмиттер ионов подогревный, 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 на расстоянии 1 мм от нее. На сетку подается напряжение, ускоряющее ионы, а на коллекторный элект род подается положительное относительно сетки напряжение порядка 100 В для исключения вклада вторичных электродов с коллекторного элект рода в измеряемый ионный ток. Напряжение, ускоряющее ионы, подается от иг-тульсного источника питания. Длительность, импульса и частота повторения выбраны таким образом, что в течение импульса поле в слое, ток проводимости и ток эмиссии не успевают заметно измениться из-за бразования пространственного заряда в слое у поверхности эмиттера. За время между импульсами устанавливается равновесное распределение ионов в слое эмиттера, что обеспечивает аксимальные величины токов. Ускоршоцее напряжение выбрано Ццол 4 кВ, длительность импульса 6,5 МКС, частота повторения 1 Гц. Эмиттер электронов прямонакгшьный, вольфрамовая нить длиной 5 см и иаметром 0,3 мм, имеющая П-образную орму, 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 ок,накала 8 А. Для температуры эмиттера ионов 1100°С плотность ионного тока 100 мА/см ; для температуры эмиттеа ионов 1250°С ,плотность ионного тока 14в мА/см. 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 отеканием заряда с нее. Для получения отрицательно заряженных частиц можно также использогвать подогревные катоды, плазменные источники электронов и отрицательных ионов. Таким образе, 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 эмиссии поверхность ионов дополнительно облучают источником электронов, по-, тенциал которого по величине равен потенциалу эмиттера ионов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

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