Источники поверхностного типа. Поверхностная адсорбция. Плотность ионного тока, страница 4

Следует отметить, что токи, показанные на рис. 9.4, соответствуют нулевому полю. Как обсуждалось в разд. 7.3, характеристики композитных поверхностей демонстрируют очень большое влияние эффекта Шоттки, особенно вблизи значения θ = 0,6. Даже весьма умеренное поле дает эмиссионный ток, в 5 раз превышающий ток в вершине S-образной кривой (см. рис. 9.4).

Рис. 9.4. Электронная эмиссия в отсутствие внешнего приложенного электрического поля с вольфрамовой поверхности, пребывающей в равновесии с поступающими на ее поверхность парами цезия. Около каждой кривой приведены значения скорости поступления цезия па поверхность μ_a и температура цезиевого парогенератора [266].

9.5. Возможный вариант поверхностного источника с фронтальной подачей цезия на конвертер

                                                              Цезайсодержащие трубка и  ускоряющая

                                                                  электрод (600 К)

Показанная на рис. 9.3 величина плотности ионного тока допускает возможность создания ионного источника, представленного на рис. 9.5. На этом рисунке видно, что пары цезия поступают на обладающую определенным рельефом поверхность вольфрамовой пластины сквозь мелкие отверстия в трубчатых электродах ускоряющей системы. Образовавшиеся «а вольфрамовой поверхности ионы с помощью ускоряюще-тормозящей системы формируются в ряды лучков. Принципы устройства этого источника просты, однако при этом возникают следующие важные проблемы:

1. Распределение нейтральных паров цезия. Показанные на рисунке трубки имеют температуру 600 К, что требуется для создания необходимого потока цезия без его конденсации в трубках. Как 'будет показано в разд. 9.6, три такой температуре слой адсорбированного цезия будет равномерно покрывать всю поверхность трубки и, таким образом, испарение будет происходить во всех направлениях, создавая поток цезия в направлении, обратном ионизатору, который равен прямому потоку. Вероятно, этого можно избежать, если поддерживать трубки в более горячем состоянии при температуре, близкой к температуре ионизатора. В этом случае, как мы увидим, диффузионная длина очень мала.

2. Электронная эмиссия с ускоряющего электрода. Покрытый цезием и нагретый до значительной температуры ускоряющий электрод является обильным источником электронов. Эти электроны могут быть использованы для нагрева ионизатора, но это создает нежелательную зависимость между параметрами источника. Так, например, температура ионизатора будет зависеть от скорости поступления цезия и температуры ускоряющих электродов. Возможно, такая система и будет управляема, однако эта проблема вызывает большие трудности.

3. Перезарядка в области электродов. Можно считать, что типичным значением плотности эмиссионного тока с поверхности ионизатора является величина ~2 мА/см² = 20 А/м². При температуре испарителя 7=1160 К (0,1 зВ) скорость   атомов составляет υ== 265 м/с, что дает плотность нейтральных атомов перед ионизатором, равную

n_a=J/eυ= 4,7.10¹⁷ м^-3 = 4,7-10^и см ^-3.

Хотя сечение перезарядки σ_c и меняется с энергией частиц, однако, согласно рис. 18 в работе [195], в диапазоне энергий 10²—10⁴ эВ имеем σ_c = 3-10^-14 см², что является очень хорошей аппроксимацией. Если ускоряющий зазор имеет размер, например, l=0,5см, то доля ионов, обменявшихся зарядами с налетающими нейтралами (l n_a σ_c), составит ~ 7∙10^-3

Это не очень большая величина, однако образующиеся в этом процессе паразитные ионы, как описывалось в разд. 5.6, могут принести существенный вред. Множество медленных ионов, возникших в области ускоряющих электродов, будут производить распыление их поверхности, что приведет к сокращению срока службы ускорителя.