Из уравнения (9.3) следует, что для достижения высокого процента выхода положительных ионов требуется большая величина работы выхода материала ионизатора. Существуют материалы, обладающие большей величиной работы выхода, чем вольфрам. В работе [280] были проведены измерения величины работы выхода еφразличных металлов. Было установлено, что для поликристаллического рения, осмия, иридия и платины значение φравно 4,96, 4,83, 5,27 и 5,7 В соответственно. Эти значения существенно выше, чем у вольфрама. Более того, композитные поверхности, такие, как образующиеся в результате адсорбции кислорода вольфрамовой поверхностью, дают значение работы выхода ~10 В. Тем не менее (см. обсуждение в разд. 9.2, 9.3) получение токов высокой плотности — это динамический процесс, в котором материал ионизатора покрывается (с определенной степенью покрытия) ионизуемым веществом. Фактически сама по себе величина работы выхода дает представление лишь о предельной эффективности процессов ионизации при плотности тока, близкой к нулю, и не позволяет судить о максимальной плотности тока. Так, например, испытания цезийиридиевой системы показали, что при данной температуре максимальная плотность тока оказывается значительно ниже, чем для цезийвольфрамовой системы.
Тем не менее большая величина работы выхода открывает путь к получению ионов других, отличных от цезия веществ. Так, например, на иридиевой поверхности в пределе очень низкой скорости поступления рабочего вещества на поверхность наибольшая эффективность ионизации оказывается у рубидия и калия, у натрия и бария она составляет 50%, у лития 25%. Действительно, в работе [281] были реализованы источники ионов индия и галлия с использованием иридиевого ионизатора. Полученный в этой работе ионный ток был очень мал, и очень низка была эффективность ионизации. В работе [63] был создан источник ионов индия. В этом источнике необходимая величина работы выхода достигалась путем непрерывной подачи кислорода к эмитирующей поверхности через поры в вольфрамовых! дисках. Данная работа оказалась успешной, однако предложенную технологию вряд ли можно реализовать в многоапертурном источнике из-за трудностей равномерной подачи О2 ко всем| участкам поверхности ионизатора и возникающих при этом газовых нагрузок.
Принимая все это во внимание, можно сказать, что, по-видимому, единственный тип ионов, для которых возможно создание высокоэффективного источника с большой площадью эмиссионной поверхности, — это Сs+, а лучшим материалом для ионизатора в этом случае является вольфрам.
9.10. Сравнение поверхностных и плазменных источников
Поскольку источник ионов Сs+ с пористым вольфрамовым ионизатором проявил себя как источник с фактически неограниченной плотностью тока, очень низкими энергетическими характеристиками и массовой эффективностью 99% или лучше, может показаться, что это почти идеальный источник для применения с целью, например, распыления или в качестве ионного двигателя в космическом пространстве там, где допустимо использование ионов Сs+. В связи с этим следует заметить, что даже там, где необходимо использование ионов Сs+, предпочитают применять плазменные источники, поскольку они имеют большой ионный ток и значительную площадь эмиссионной поверхности. Это объясняется тем, что технология создания источников с пористым ионизатором весьма сложна, тогда как плазменные источники ионов Сs+ конструктивно просты. Кроме того, низкий потенциал ионизации и большое сечение ионизации атомов цезия позволяют создавать плазменные источники с массовой эффективностью 90—95%, что меньше 99%, но вполне достаточно для самых различных целей, включая космическое назначение. В дополнение укажем, что при использовании цези-рованной поверхности в качестве эмиттера электронов срок работы источника будет ограничен лишь эрозией электрода и составит десятки тысяч часов. Источники с поверхностной ионизацией могли бы оказаться более предпочтительными лишь при использовании для каких-то особых целей. Все сказанное относится только к многоапертурным источникам. В случае малых токов одноапертурный пуговичный источник часто оказывается более привлекательным, чем плазменные источники, из-за возможности получения большого числа различных видов ионов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.