Способ получения тока эмиссии ионов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик с "ф; К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 07,1082(72) Авторы изобретения ВСГСОВЗН 4 Я ТЕХНИЧЕСКАЯ ВИИНЮТЕй А Г.М.Мантрова, М.Н.Яковлева и Б.С,Кульварская Институт радиотехники и электроники АН СССР(71) Заявитель,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОКА ЗМИССИИ ИОНОВ . 1Изобретение 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 1).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 эмиттераионов,На чертеже представлена схема устройства, реализующего предложенныйспособ.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 строениякристаллической решетки, напримералюмосиликата щелочного металла,.при достаточно высокой температуреионы щелочных металлов мигрируют вслое эмиттера и испаряются с егоповерхности, В момент включения напряжения между эмиттером и коллектором ионов имеют место соотношенияУкол = Е 1 вй + Е 2 ос 12 и Е Е о = е 2 Е 1 огде Укол - напряжение на коллекторе, 25 й 1 и й - толщина слоя эмиттера ивакуумного промежутка, Е,.и Е 2диэлектрические постоянные слоя эмиттера и вакуумного промежутка, Е 1 оиР - напряженность поля в слое эмит - 2 ОЗ 0 тера и в вакуумном промежутке.в отсутствие стного заряда 40" ,е цо п к увеличению тока проводимости в сло и соответственно тока эмиссии ноноП р и м е р. Эмиттер ионов подо гревный, представляет собой плоски никелевый керн диаметром 8 мм, на который нанесен алюмосиликат лития (5 мг).Коллектор состоит из двух плос электродов-сетки с проницаемостью 85, расположенной на расстоянии .2 мм от эмиттера ионов, и коллектор ного электрода, расположенного за сеткой иа расстоянии 1 мм от нее. На сетку подается напряжение, уск ряющее ионы, а на коллекторный эл род подается положительное относительно сетки напряжение порядка 100 В для исключения вклада вторичных электродов с коллекторного элек рода в измеряемый ионный ток.Напряжение, ускоряющее ионы, дается от импульсного источника тания, Длительность импульса и частота повторения выбраны таким обрарив едет 5 о- ектт по- пиДля напряженности электрического. поля в слое эмиттера, определяющий начальный ток проводимости и, следовательно, начальный ток эмиссии, исходя из приведенных соотношений, имею =+так как б 2 - 1 и 2 кол 5 л 2 + йс й 2 то Е, уЦк лВ результате процесса миграционной поляризации и образования пространстО венного заряда ионов в слое у поверхности эмиттера, задерживающего движение ионов к поверхности слоя, напряженность поля в слое .со временем изменяется.по закону Е = Е е М 2, где- постоянная времени процесса пе рераспределения поля, уменьшение напряженности поля приводит к умень" шению тока проводимости и соответственно тока эмиссии ионов в вакуум. 2 ОПри 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 Ецй + Е 2 ф 2 = кол и 0 1 Е 10 о С 2. Е 2 с = 6, где 6 - плотность отрицательного поверхностного заряда, Яо " абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, Напряженность поля в слое эмиттера, равная . О 82 ЦКоЛ 235 Ео- будет больше на 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 кол 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 А.Для температуры эмиттера ионов 1100 ОС плотность ионного тока 100 мА/см , для температуры эмиттера ионов 1250 ОС,плотность ионного тока 140 мА/см 2. Без эмиттера электронов (при выключенном нагреве эмиттера электронов) для тех же температур эмиттера ионов плотность ионного тока составляет 37 и 75 мА/см 1 соответственноВключение 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 бретения обеспечивает повышение и ности тока ионной эмиссии в 2-3 по сравнению с известными способами, что позволяет повысить эффективность научных исследований, а при использовании в приборах - повысить мощность приборов. изолотраза бретен Формул Способ получения тока эмиссииионов, заключающийся в нагреве диэлектрического эмиттера ионов и отборе ионов с поверхности эмиттера,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью увеличения плотности тока эмиссии,поверхность ионов дополнительнооблучают источником электронов, потенциал которого по величине равенпотенциалу эмиттера ионов,964786 Составитель А.Рахимовактор А.Долинич ТехредЛ.Пекарь Корректор Н,Корот Юю ЭВЮт Ещт а ПодписиСССР омитета открыти я наб.,/5евеаафилиал ППП фПатентф, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Габович М.Д. Плазменные источники ионов, Киев, "Наукова. думками, 1964, с. 5-,16. . 5 Эаказ 7644/36 Тираж 76 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушс2. Кульварская В;С., Мантрова Г.М. и Яковлева М.Н. Ирследование термоионной эмиссии твердотельного источника ионов лития в импульсном режи-ме. - фРадиотехника и электроникаф, т. ХХ 7, 1980, 9 4, с, 823 (прототип) .