способ получения потока положительных ионов

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОТОКА ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ИОНОВ, заключающийся в приложении между твердотельным эмиттером, на поверхности которого выполнен по меньшей мере один острийный выступ, и электродом-экстрактором напряжения, величина которого U достаточна для взрывной ионной эмиссии, отличающийся тем, что, с целью увеличения тока положительных ионов, величину напряжения выбирают из условия, выполняемого в области острийного выступа:

gradU > ,

где - предел прочности материала эмиттера на растяжение;

_o = 8,85 10^-12 Ф/м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике получения потоков положительных ионов, которые используются в науке и технике: ускорителях заряженных частиц, в реактивных двигателях, для различных технологических процессов.

Известны способы получения потоков положительных ионов, включающие приложение напряжения между эмиттером и электродом-экстрактором [1].

Прототипом изобретения является способ получения потоков положительных ионов, заключающийся в приложении между твердотельным эмиттером, на поверхности которого выполнен по меньшей мере один острийный выступ, и электродом-экстрактором напряжения, величина которого достаточна для взрывной ионной эмиссии [2].

Целью изобретения является увеличение тока положительных ионов.

При получении потока положительных ионов между твердотельным эмиттером, на поверхности которого выполнен по меньшей мере один острийный выступ, и электродом-экстрактором прикладывают напряжение, величина U которого достаточна для взрывной эмиссии. Величину напряжения выбирают из условия, выполняемого в области острийного выступа

gradU>, где - предел прочности материала эмиттера на растяжение;

_o= 8,8510-¹² Ф/м.

Сущность способа заключается в следующем.

Приложение между твердотельным эмиттером, на поверхности которого выполнен по меньшей мере один острийный выступ, электрического напряжения приводит к тому, что на его поверхности начинают действовать пондеромоторные силы электрического поля. При выполнении условия grad U> gradU> оказывается, что пондеромоторное давление этих сил превышает предел прочности вещества эмиттера, вследствие чего происходит его взрывное разрушение, а часть вещества переходит в сгусток плазмы. Из этой плазмы ускоряющим напряжением вытягиваются положительные ионы - идет взрывная эмиссия ионов.

Способ реализуется следующим образом.

К твердотельному эмиттеру с зубчатой поверхностью (количество, профили и параметры острийных зубцов-выступов могут быть произвольными) прикладывают ускоряющее напряжение. Если поток положительных ионов не возбуждается, напряжение U увеличивают, например, заданными ступенями до тех пор, пока ионы не появляются. Их появление означает, что условие grad U> gradU>выполнено. Если известны предел прочности материала и форма выступа-зуба (в частности его радиус), то величина ускоряющего напряжения, удовлетворяющего условию наступления взрывного разрушения материала, может быть определена заранее.

П р и м е р 1. Твердотельный эмиттер из вольфрама использован в качестве источника положительных ионов. Он имеет вид тонкого острия (что соответствует одному выступу) с радиусом вершины 210^-7 м. К острию приложили импульс напряжения с амплитудой U = 40 кВ длительностью 20 нс. Предел прочности вольфрама при комнатной температуре = 410⁹ Н/м. Оценки показывают, что при этих условиях grad U> gradU> , а в эксперименте при приложении импульса напряжения к эмиттеру получили поток положительных ионов с током примерно 1 А. Поверхность вольфрамовой иглы после отбора ионного тока оказалась оплавленной.

П р и м е р 2. Взяли твердотельный эмиттер из кремния проводимости n-типа также в виде тонкой иглы с радиусом вершины 410^-7 м. К острию приложили импульс напряжения с U = 15 кВ и длительностью 200 мкс. Получен поток ионов с током около 510^-3 А. острие разрушено.

П р и м е р 3. К твердотельному эмиттеру из вольфрама с зубчатой поверхностью приложили положительные импульсы напряжения с амплитудой U = 70 кВ и длительностью 10 нс. Через промежуток 1-2 нс после приложения импульса произошло разрушение части зубцов, в результате чего зарегистрирован ток положительных ионов около 2,5 А. В таком режиме удается осуществить достаточно большое число включений с получением потока положительных ионов. При этом форма импульсов ионного тока хорошо коррелирует с формой импульса ускоряющего напряжения.

П р и м е р 4. К твердотельному эмиттеру из вольфрама, как в примере 1, приложили импульс напряжения с U = 20 кВ длительностью 20 нс. Величина grad U составляет около 2.1010 В/м, а величина параметра =310¹⁰ В/м = 310¹⁰ В/м, т. е. необходимое для возникновения ионного тока условие не выполнено и требуемый поток положительных ионов не получен.