источник щелочного элемента для устройства получения паров щелочного элемента

Формула изобретения

Применение поливанадата состава M_4±хV₆О_16±, где М - К, Rb, Cs; -0,4х+0,3 и -0,2+0,2, в качестве источника щелочного элемента для устройства получения паров щелочного элемента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к получению паров щелочных элементов, в частности к источникам паров калия, рубидия и цезия, которые используются при изготовлении эммитеров в термоэмиссионных и электронно-оптических преобразователях.

Известен источник цезия для устройства получения паров цезия, выполненный из соединения CsGa₃ (а.с. СССР 1314859, МКИ H 01 J 9/12, 2000 г.). Известный источник цезия помещен в герметичную оболочку из токопроводящего металла, которая содержит вакуум-плотную заглушку из галлия. Для получения паров цезия источник в оболочке помещают в вакуум, предварительно обезгаживают при температуре 260-300^oС, а затем разогревают токами высокой частоты до температуры образования паров цезия (570-600^oС). При этой температуре соединение CsGa₃ разлагается с выделением цезия в виде пара.

Недостатком известного источника цезия, используемого в устройстве получения паров цезия, является необходимость предварительного помещения соединения, из которого выполнен источник, в вакуумированную оболочку и герметизация ее галлием. Галлий, который плавится при температуре 29^oС, при температуре получения паров цезия (570-600^oС) также испаряется, загрязняя пары цезия.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать источник щелочных элементов, который бы позволил значительно упростить конструкцию устройства получения паров щелочных элементов и повысить степень чистоты паров, исключив возможность попадания примеси.

Поставленная задача решена применением поливанадата состава M_4xV₆O₁₆, где М- К, Rb, Cs; -0,4х+0,3 и -0,2+0,2, в качестве источника щелочного элемента для устройства получения паров щелочного элемента.

В настоящее время известно использование поливанадата состава М₄V₆O₁₆, где М - К, Rb, Cs, в качестве магнитного материала (Guo Liu, Greedan. Magnetic Properties of Fresnoite-Type Vanadium Oxide: А₂V₃O₈ (A=K, Rb, NH₄). J. Solid State Chem. 1995. V.I 14. 2. P. 499-505); в качестве полупроводникового материала (Lukacs I. , Strusievici С. , Liteanu С. Composes mixtes V⁵⁺-V⁴⁺ obtenus en solutions aqueuses.// Rev. Roumaine Chim. 1970. V. 15. P. 935-944); в качестве катодного материала химических источников тока (Andrukaitis E. , Jacobs P.W.M., Jiorimer J.W. Electrochemical preparation and properties of the mixed-crystalline hexavanadates M_xM"_4-xV₆O₁₆, M, M"= NH₄, K, Rb, Cs.// Can. J. Chem. 1990. V. 68. P. 1283-1292).

Применение известного соединения состава M_4xV₆O₁₆, где М - К, Rb, Cs; -0,4х+0,3 и -0,2+0,2, в качестве источника щелочного элемента для устройства получения пара щелочного элемента стало возможным благодаря наличию у соединения сложного фазового перехода типа порядок-беспорядок в катионной подрешетке, который был обнаружен авторами впервые. Наличие подобного перехода обычно ослабляет связь ионов в структуре соединения, что увеличивает их сублимацию. Температура фазового перехода типа порядок-беспорядок соединения состава К_4,3V₆O_16,6; Rb_4,1V₆O_16,1 и Cs_3,6V₆O_15,8 равна 400, 263 и 220^oС, соответственно. При этом термическое расширение поливанадата указанного состава изменяется скачкообразно, и межслоевое расстояние, где расположены ионы щелочного элемента, в структуре соединения увеличивается, что и позволяет при нагревании соединения получать пары щелочного элемента.

Образцы состава M_4xV₆O₁₆, где М - К, Rb, Cs; -0,4х+0,3 и -0,2+0,2, испытывают в виде спрессованных таблеток диаметром 10 мм и толщиной 3 мм. Испытания проводят, помещая таблетку в масс-спектрометр ЭМАЛ-2. При температуре выше 550^oС в результате лазерного нагрева с поверхности таблетки наблюдается термоэмиссия паров щелочного элемента, равная 210⁶, 710⁶ и 810⁶ атомных частиц К, Rb и Cs, соответственно, с площади таблетки 1 мм².

Использование поливанадата состава M_4xV₆O₁₆, где М - К, Rb, Cs; -0,4х+0,3 и -0,2+0,2, позволяет значительно упростить конструкцию устройства получения паров щелочных элементов, поскольку отпадает необходимость помещать источник в герметичную оболочку с вакуумплотной заглушкой из галлия. Кроме того, повышается степень чистоты паров, так как отсутствие галлия исключает возможность попадания в пары галлия как примеси.