устройство создания мощных ионных потоков

Формула изобретения

1. Устройство создания мощных ионных потоков, состоящее из вакуумной камеры, источника ионов в виде резервуара с жидкостью, соединенного с нагревательным элементом или с криогенной установкой, анода, расположенного внутри резервуара с возможностью создания капиллярного движения потока жидкости, и катода в виде пластины с щелью, расположенного над анодом, отличающееся тем, что анод выполнен в виде системы соосных цилиндров с кромками в форме лезвия из металла, смачиваемого жидкостью резервуара, причем капилляр выполнен примыкающим к лезвию, а между анодом и катодом создается разность потенциалов.

2. Устройство создания мощных ионных потоков по п.1, отличающееся тем, что цилиндры могут смещаться вдоль образующей.

3. Устройство создания мощных ионных потоков по п.1, отличающееся тем, что цилиндры имеют направляющие, отличные от окружности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области создания поверхностного слоя путем плазменного напыления и предназначено для получения направленных потоков (пучков) ионов.

Известна конструкция автоэмиссионного жидкометаллического источника ионов (Патент RU 2389105 C1 Морозов Е.А., Ефимов И.Н. Устройство создания ионных потоков, опубликовано 5.05.2010 Бюл. № 13).

Устройство создания ионных потоков, состоящее из вакуумной камеры с источником ионов и двух электродов, источников ионов выполнен в виде резервуара с жидкостью соединенного с нагревательным элементом или с криогенной установкой внутри которого установлен электрод (анод), выполненный в виде пластины-лезвия, причем электрод и стенки резервуара расположены с некоторым зазором, создающим капиллярное движение потока жидкости из резервуара, второй электрод (катод) выполнен в форме пластины со щелью, расположенной над первым электродом (анодом).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение мощности автоэмиссионного источника ионов за счет одновременного повышения силы тока и энергии ионов в пучке.

Поставленная цель достигается за счет того, что устройство создания мощных ионных потоков состоит из вакуумной камеры с источником ионов и двух электродов, источник ионов выполнен в виде резервуара с жидкостью, соединенного с нагревательным элементом или с криогенной установкой, внутри которого установлен электрод (анод), причем электрод и стенки резервуара расположены с некоторым зазором, создающим капиллярное движение потока жидкости из резервуара, второй электрод (катод) выполнен в форме пластины со щелью, расположенной над первым электродом (анодом). Электрод (анод) выполнен в виде системы соосных цилиндров, расположенных друг относительно друга с некоторым зазором, а второй электрод (катод) выполнен в форме пластины с системой щелей. К каждому цилиндру электрода (анода) разность потенциалов подводится к каждому цилиндру электрода (анода). Цилиндры могут смещаться вдоль образующей относительно друг друга. Система соосных цилиндров электрода (анода) выполнена в виде системы цилиндрических тел с направляющими отличными от окружности.

Выполнение электрода в виде системы тонких цилиндров с кромками-лезвиями с радиусом закругления кромки ~1 мкм приводит к увеличению силы тока пучка ионов.

Конструкция устройства создания мощных ионных потоков поясняется на чертеже.

Ионный источник состоит из резервуара с жидкостью образующей ионы - 1; системы соосных цилиндров с кромками в форме лезвия из металла смачиваемого жидкостью резервуара - 2; прилегающего к лезвию капилляра - 3; расположенного над пластиной вытягивающего электрода - 4 со щелями для формирования ионного пучка - 5. Источник помещен в вакуумную камеру. Регулирование температуры жидкости осуществляется применением индукционного нагрева для расплавов или криогенной системы для работы с сжиженными газами. Между цилиндрами электрода (анода) и вытягивающим электродом создается разность потенциалов U ~100 кВ.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость смачивает цилиндры 2, не вступая с материалом в химическую реакцию и, вследствие капиллярного эффекта движется к кромке пластины, образуя на кромке линейный микровыступ. Высокая разность потенциалов между цилиндрами 2 и вытягивающим электродом 4 и малый радиус закругления кромки цилиндров, приводит к возникновению в области микровыступа сильно неоднородного электростатического поля. Указанное поле переводит жидкость в неустойчивое состояние и приводит к формированию ионного потока 5, который выводится через кольцеобразные щели в вытягивающем электроде 4.

Таким образом, конструкция автоэмиссионного ионного источника использует для движения ионообразующей жидкости в область сильно неоднородного электростатического поля систему соосных цилиндров с кромкой малого закругления в форме лезвия.