Источники отрицательных ионов. Двойная перезарядка, страница 9

В статье [118] приводится целый ряд значений работы выхода с поверхности различных металлов поли- или монокристаллической структуры, покрытых адсорбированным слоем щелочного металла. Для цезированных поверхностей поликристалла рения и грани (110) монокристалла вольфрама значение работы выхода достигало 1,45 В. Наименьшее значение для покрытой цезием поверхности молибдена было равно 1,54 В (это сочетание, по-видимому, наиболее удачно).

Вызывает сомнение возможность использования этих данных в условиях реального эксперимента, поскольку помимо щелочного металла на поверхности будет присутствовать слой адсорбированного водорода. В работе [222] было проведено измерение величины работы выхода поверхности, приготовленной путем нанесения цезия на покрытую водородным слоем грань (100) монокристалла вольфрама, и было получено значение ф_min=l,42 В. Представляется, что это значение не будет сильно изменяться в зависимости от типа грани монокристаллической поверхности, а также даже в случае перехода к молибдену.

Электронное сродство водорода равно 0,75 В, а разность(ф_min−I_a) =0,67 В (если использовать значение ф_min , полученное в работе [222]). При температуре катода kT/е = 0,05 В (при такой температуре функционировал катод источника в работах Бельченко) из уравнения (10.4) получим относительный выход отрицательных ионов Н⁻/Н = 8∙10 ^-7 (отношение весовых коэффициентов было взято за 0,5). В работе [220] изучался выход ионов Н⁻ в условиях теплового равновесия и была получена величина ~10 ^-3, что на три порядка превышает значение, следующее из уравнения (10.4). Такой результат был отнесен за счет сильных химических реакций между поверхностью, цезием и водородом. Но даже эта величина слишком мала, чтобы как-то объяснить тот чрезвычайно высокий выход ионов Н⁻, который был достигнут в работах Бельченко и др.

При использовании уравнения (10.4) был допущен ряд существенных ошибок. Во-первых, пренебрегли влиянием экранирующего поля, существующего вблизи катодной поверхности. Величину этого поля легко оценить исходя из выполненного в разд. 3.8 анализа. Она составляет 10⁵ В/см. Существование этого поля может привести к снижению величины работы выхода, как показано на рис. 7.6, из-за так называемого эффекта Шоттки.

Как отмечалось в разд. 7.3, биметаллические (композитные) поверхности демонстрируют чрезвычайно большой эффект Шоттки, так что действующее значение работы выхода будет существенно снижено экранирующим полем. Ее уменьшение на 0,25 В привело бы к возрастанию на порядок электронного тока с композитной поверхности в электрическом поле.Другой эффект, который может, быть обусловлен наличием приповерхностного поля, иллюстрирует рис. 10.10. На таком расстоянии от поверхности, когда становится значительной вероятность туннельного перехода, электрон в ионе Н⁻ оказывается в более низком энергетическом состоянии, чем на самой поверхности. Этот эффект, конечно, очень незначителен. Если считать, что туннельный переход с уровня Ферми может произойти с заметной вероятностью с расстояния 1 нм, то соответствующее этому расстоянию снижение уровня энергии лишнего электрона в ионе Н⁻ будет всего лишь 10 ^-2 В в поле с напряженностью 10⁵ В/см. В любом случае использование уравнения (10.4), вероятно, приводит к ошибкам, однако если его все-таки использовать, то в него следует подставлять температуру, отличную от температуры эмиттера. Для объяснения явлений распыления катода и вторичной  электронной  эмиссии, вызванной  ионной бомбардировкой поверхности, часто применяют «модель тепловых микропятен». Предполагается, что ион с высокой энергией создает микрообласть с очень высокой температурой, и вторичная электронная эмиссия представляет собой термоэмиссию, а распыление поверхности есть результат термоиспарения атомов с горячей поверхности.  В работе [284] проводились измерения тока ионов Н⁻ с поверхности Мо—Cs—Н, бомбардируемой ионами Ne⁺, и была получена зависимость для  выхода отрицательных иоиов  вида ехр [∆ф/Е₀], где ∆ф —снижение работы выхода,  а Е₀ — измеряемый параметр. Для ионов Ne⁺ энергией в диапазоне150—2000 эВ параметр Е₀ оказался равным 0,5 В, что соответствует температуре 6000 К. В  работе [242] измерялся выход ионов D⁻ с твердой поверхности щелочного металла, бомбардируемой ионами D₂⁺и D₃⁺. Было опять-таки установлено, что выход отрицательных ионов падает с возрастанием работы выхода, однако для поддержания соответствующего уровня выхода значение kT/e должно находиться в интервале 0,4—0,8 В при   энергии    бомбардирующих    ионов    100— 400 эВ/нуклон. В работе [140] также было обнаружено удовлетворительное соответствие с моделью тепловых микропятен. Полученная в этой работе эффективная температура цезиевой поверхности, бомбардируемой ионами с энергией  100—400 эВ, оказалась равной 9547 К  (это значение    было    определено   на основании уравнения (10.4) и величины работы выхода 1,90 эВ). Предполагаемое снижение работы выхода привело бы к уменьшению эффективной температуры.