|
|
И. с. используются при создании источников тока (батареи, аккумуляторов, топливных элементов), конденсаторов (и о н и с т с р о в) с большой уд. ╦мкостью, в выпрямляющих устройствах, реле времени, при конструировании разнообразных датчиков и т. д.
Лит.: У н ш е Е. А,, Букин Н. Г.. Тв╦рдые электролиты, М., 1977; Ч е б о т и н В. Н., Перфильев М.В., Электрохимия тв╦рдых электролитов, М., 1978; Физика супер-∙ ионных проиодников, пер. с англ., Рига, 1982.
А. А- Волков, Ю. Я. Гуревич.
ПСИНЫЙ ИСТОЧНИК ≈ устройство для получения в вакууме ионного пучка ≈ пространственно сформированного потока ионов, скорость направленного движения к-рых много больше их тепловых скоростей. И. и.≈ неотъемлемая часть ускорителей, инжекторов быстрых атомов для термоядерных систем, установок эл.-магн. разделения изотопов, масс-спектрометрае, технол. установок разл. назначения и др. Важнейшие параметры И, и.: полный ток и плотность тока ионного пучка; энергия ионов; характерный поперечный размер пучка; мера интенсивности пучка ≈ первеанс ≈ отношение полного тока к ускоряющему напряжению в степени 3/2\ мощность пучка ≈ произведение полного тока на энергию ионов; качество пучка, его сформирован-ность пространствешгая и скоростная ≈ ^ФФ- угол расходимости и энергетяч. разброс ионов; компонентный состав пучка ≈- положит, и отрпцат. ионы, атомарные, молекулярные, многозарядные ионы; энергетич. эффективность И. и.≈ отношение мощности пучка к мощности потребляемой И. и. от сети; газовая эффективность≈ отношение потока сформированных ионов к потоку газа, подаваемого в И. и. По временным характеристикам И, и. делятся на импульсные, квазистационарные и стационарные.
И. и, состоит из двух осн. узлов: эмиттера ионов и эл.-статич. системы, с помощью к-рой ионы навлекаются, ускоряются и формируются в направленный поток, т. н, иовно-оптич. система (ИОС). В простейшем виде И. п. состоит из эмиттера и ускоряющего электрода ≈ экстрактора с отверстием для выхода ионного пучка. Для дополнит, фокусировки ускоренного пучка используются электростатич. и магнитные линзы. ИОС разл. И. и. строятся по единому принципу, и гл. фактором, определяющим тип И, и., является метод создания эмиттера ионов,
В зависимости от физ. природы эмиттера ионов различают неск. типов И. и.: 1) И. и. с поверхностной ионизацией, где эмиттером ионов служит поверхность накал╦нного материала, работа выхода к-рого превышает потенциал ионизации падающих на него атомов; 2) плазменные, в к-рых ионы отбираются с поверхности плазмы, образуемой в большинстве случаев с помощью газового разряда; 3) «полевые», в к-рых ионы образуются благодаря действию сильного электрил. ноля {~10Й В/см) на и вблизи поверхности тв╦рдого тела: за сч╦т полевого испарения вещества и полевой ионизации атомов окружающей шзовой среды. В последние годы получили распространение вместо твердых жидкоме-таллич. эмиттеры.
Поверхностные И, и. Один из известных способов получения ионов состоит в том, что ноток атомов, направленный па поверхность тв╦рдого тола, выбивает из не╦ положит, и отрнцат. ионы. Так, напр., интенсивные пучки положит, ионов Cs с плотностью до 0,1 Л/см2 получают при диффузпи атомов Cs через накаливаемый пористый W. Десорбируемьш с нагретой поверхности атом Cs удаляется преим. ц ионизованном состоянии, как иоп Cs+, потому что для его ионизации надо затратить меньше энергии, чем работа выхода электрона из W, и, следовательно, более вероятным является захват «общего» электрона металлом, а не отделяющейся от поверхности частицей. Если энергия сродства к электрону больше работы выхода, то в системе атом ≈ поверхность тв╦рдого тела «общий» электрон захватывается пе тв╦рдым телом, а атомом и образуются отрицат. ноны. Так, напр., на поверхности борида лантана получены
отрнцат. попы иода с плотностью тока от 1 до 10 мА/см2. Наиб, интенсивными источниками отрицат. ионов явля-ются плазменно-поверхностные (см. ниже).
Плазменные И. и. получили самое широкое распро-странешю, особенно для создания интенсивных пучков положит, и отрпцат. попов, а также пучков многоза-рядных ионов. Эмиттером ионов служит плазма, создаваемая дуговым разрядом низкого давления в газоразрядной камере (ГРК). Для лучшего удержания ионов и быстрых катодных электронов в объ╦ме разряда используется маги, поле, что повышает одновременно энергетич, и газовую эффективности И. я, Однако применение магн. поля приводит к ухудшению однородности плазмы на эмиссионной границе и наличию высокого уровня шумов в плазме и колебаний в извлекаемом ионном пучке. Этих недостатков нет в И. н. без внеш. магн. поля (ИБМ), по они обладают значительно меньшими эффективпостями. В 80-е гг. большое распространение получили весьма эффективные И. и. с периферийным маги, полем (ИПМ), окружающим ГРК. Т. о., существует неск. разл. систем плазменных эмиттеров, а в основу ИОС положен единый для всех типов И. и. принцип ≈ создание многоапертурной эл.-статич. системы, состоящей из 3 ≈ 4 электродов, в каждом из к-pux содержится большое количество (десятки и сотни) идентичных апертур круглой или щелевой формы. Профили и размеры апертур отвечают оптимальному формированию элементарного пучка (луча). Каждая ячейка функционирует независимо» Общий поток (пучок) складывается из отд. лучей, направление и угол расходимости к-рых определяют геометрию всего потока. Поэтому необходимо тщательное согласование параметров газоразрядной плазмы (концентрации ионов и темп-ры по всей поверхности эмиттера) с характеристиками ИОС ≈ геометрией электродов и напряж╦нностью элсктрич. поля. Однородность эмиссии ионов по всей поверхности необходима потому, что граница плазмы не является «ж╦сткойэ> (в отличие от поверхности катода в электронных системах), а изменяет сво╦ положение и кривизну поверхности (т. н. мениск) при изменении концеЕггра-ции плазмы или напряж╦нности ускоряющего электрич. поля. Были разработаны мощные И. п. (для термоядерных целей) с большими поверхностями плазм* эмиттеров (в сотни см2} и многоапертурными ИОС, обеспечивающими получение пучков мощностью в неск. МВт.
К широко распростран╦нным плазм. И. и. относится дуоплазматроп, в к-ром для увеличения степени ионизации столб разряда подвергается меха-
Рис. 1. Схема дуоплазматрона: 1 ≈ катод; у ≈ промежуточный электрод; з ≈ катушка электромагнита; 4 ≈ анод; $ ≈ экстрактор; I ≈ катодная плазма; II ≈ аноднан и:шзма; III ≈двойной слой, ускоряющий и фокусирующий электроны.
нич. и маги, сжатию с помощью диафрагм и маги, поли, нарастающего к анодному отверстию малого диаметра. Сжатие разрядной дуги и узком канале промежуточного электрода 2 (рис. 1) сопровождается возникновением плазм, «пузыря» со скачком потенциала и слое, отделяющем катодную плазму / от более плотной анодной плазмы //. Слой /// ускоряет и фокусирует электроны, выходящие из плазмы / в плазму //. Вблизи анода 4 плотная плазма ещ╦ сжимается сильным неоднородным магн. полем, сечение плазмы вблизи выходного отверстия уменьшается, а концентрация возрастает до Ю14≈1016 см"3. Такая плазма эмитирует ионы с плотпостью в десятки А/см2, т. е. образуется «точечный» эмиттер. Однако ИОС не способна формировать пучок с такими плотностями тока и потребовалось создание расширителя плазмы за акодиым отверстием и дополнит, камеры с антикатодом. Это позволило получить разряд с осцил-
X
