Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО СОЗДАНИЯ МОЩНЫХ ИОННЫХ ПОТОКОВ

Изобретение относится к области создания поверхностного слоя путем плазменного напыления и предназначено для получения направленных потоков (пучков) ионов.

Известна конструкция автоэмиссионного жидкометаллического источника ионов (Патент RU 2389105 C1 Морозов Е.А., Ефимов И.Н. Устройство создания ионных потоков, опубликовано 5.05.2010 Бюл. №13).

Устройство создания ионных потоков, состоящее из вакуумной камеры с источником ионов и двух электродов, источников ионов выполнен в виде резервуара с жидкостью соединенного с нагревательным элементом или с криогенной установкой внутри которого установлен электрод (анод), выполненный в виде пластины-лезвия, причем электрод и стенки резервуара расположены с некоторым зазором, создающим капиллярное движение потока жидкости из резервуара, второй электрод (катод) выполнен в форме пластины со щелью, расположенной над первым электродом (анодом).

Задачей предлагаемого изобретения является повышение мощности автоэмиссионного источника ионов за счет одновременного повышения силы тока и энергии ионов в пучке.

Поставленная цель достигается за счет того, что устройство создания мощных ионных потоков состоит из вакуумной камеры с источником ионов и двух электродов, источник ионов выполнен в виде резервуара с жидкостью, соединенного с нагревательным элементом или с криогенной установкой, внутри которого установлен электрод (анод), причем электрод и стенки резервуара расположены с некоторым зазором, создающим капиллярное движение потока жидкости из резервуара, второй электрод (катод) выполнен в форме пластины со щелью, расположенной над первым электродом (анодом). Электрод (анод) выполнен в виде системы соосных цилиндров, расположенных друг относительно друга с некоторым зазором, а второй электрод (катод) выполнен в форме пластины с системой щелей. К каждому цилиндру электрода (анода) разность потенциалов подводится к каждому цилиндру электрода (анода). Цилиндры могут смещаться вдоль образующей относительно друг друга. Система соосных цилиндров электрода (анода) выполнена в виде системы цилиндрических тел с направляющими отличными от окружности.

Выполнение электрода в виде системы тонких цилиндров с кромками-лезвиями с радиусом закругления кромки ~1 мкм приводит к увеличению силы тока пучка ионов.

Конструкция устройства создания мощных ионных потоков поясняется на чертеже.

Ионный источник состоит из резервуара с жидкостью образующей ионы - 1; системы соосных цилиндров с кромками в форме лезвия из металла смачиваемого жидкостью резервуара - 2; прилегающего к лезвию капилляра - 3; расположенного над пластиной вытягивающего электрода - 4 со щелями для формирования ионного пучка - 5. Источник помещен в вакуумную камеру. Регулирование температуры жидкости осуществляется применением индукционного нагрева для расплавов или криогенной системы для работы с сжиженными газами. Между цилиндрами электрода (анода) и вытягивающим электродом создается разность потенциалов U ~100 кВ.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость смачивает цилиндры 2, не вступая с материалом в химическую реакцию и, вследствие капиллярного эффекта движется к кромке пластины, образуя на кромке линейный микровыступ. Высокая разность потенциалов между цилиндрами 2 и вытягивающим электродом 4 и малый радиус закругления кромки цилиндров, приводит к возникновению в области микровыступа сильно неоднородного электростатического поля. Указанное поле переводит жидкость в неустойчивое состояние и приводит к формированию ионного потока 5, который выводится через кольцеобразные щели в вытягивающем электроде 4.

Таким образом, конструкция автоэмиссионного ионного источника использует для движения ионообразующей жидкости в область сильно неоднородного электростатического поля систему соосных цилиндров с кромкой малого закругления в форме лезвия.