Способ получения потока положительных ионов

 

Использование: ускорительная техника, реактивные двигатели, оборудование для технологических процессов. Сущность изобретения: поток положительных ионов получают путем приложения ускоряющего напряжения между твердотельным эмиттером, на поверхности которого выполнен по крайней мере один выступ, и электродом-экстрактором. В области выступа величину ускоряющего напряжения выбирают из соотношения, при выполнении которого пондеромоторное давление сил электрического поля на поверхность острия превышает предел прочности вещества твердотельного эмиттера, что сопровождается взрывным разрушением острия. Способ исключает необходимость расплавления вещества острия.

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к микротехнологии и может использоваться, например, в ионно-литографических установках, растровых микроскопах и т.д
Изобретение относится к эмиссионной электронике и может быть использовано в технологии и экспериментальной технике

Изобретение относится к электронно-ионному оборудованию технологического назначения и может быть использовано в качестве генератора металлосодержащей плазмы для обработки поверхностей изделий с целью повышения коррозионной стойкости, увеличения твердости и создания декоративных покрытий, а также повышения износостойкости режущего инструмента в различных отраслях техники и в качестве источника ионов

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано для вакуумно-плазменной обработки материалов

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в качестве источника ускоренных ионов в технологических установках

Изобретение относится к разработке источников ионов и может найти применение в радиационной физике, для модификации физико-химических свойств металлов и сплавов, диэлектриков и полупроводников методом ионной имплантации

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в качестве источника интенсивных электронных потоков, а также в качестве источника ионов

Изобретение относится к электротерапии, а именно к излучателям для ионизации воздуха

Изобретение относится к медицинской технике и технике кондиционирования воздуха и может быть использовано для электрической ионизации, очистки и стерилизации воздуха в целях профилактики и лечения болезней в бытовых, производственных и больничных условиях

Изобретение относится к устройствам для получения пучков заряженных частиц, в частности ионов, заряженных кластеров и микрокапель, и может быть использовано для получения с последующим формированием субмикронных ионных пучков, находящих все более широкое применение при микрообработке распылением; микроанализе и растровой ионной микроскопии; прямом безмасочном легировании полупроводников; в ионной литографии, а также для нанесения тонких пленок и покрытий кластерными и микрокапельными пучками
Изобретение относится к поверхностно-плазменным источникам отрицательных ионов, а именно к способам получения отрицательных ионов в поверхностно-плазменных источниках, и может быть использовано в ускорителях заряженных частиц или устройствах для осуществления термоядерного синтеза

Изобретение относится к электронике и может быть использовано в качестве источника интенсивных электронных потоков, а также в качестве источника ионов
Изобретение относится к получению ионных пучков и может быть использовано в ускорительной технике, масс-спектрометрии и т.п

Изобретение относится к технике получения потока положительных ионов и предназначено для генерирования ионов в технологическом оборудовании

Изобретение относится к области создания полупроводниковых приборов методом легирования и предназначено для получения направленных потоков (пучков) ионов
Наверх