RU2074451C1

RU2074451C1 - Method for generation of beam of negative ions of fullers and/or their compounds

Info

Publication number: RU2074451C1
Application number: RU94008314A
Authority: RU
Inventors: Л.Н. Сидоров; О.В. Болталина; А.Я. Борщевский
Original assignee: Химический факультет МГУ
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1997-02-27

Abstract

FIELD: plasma devices. SUBSTANCE: method involves evaporation of fullers and/or their compounds, their ionization and extraction of ions for beam generation. Evaporation is done from inner effusion chamber which is located in outer effusion chamber. Ionization is run under contact of fuller vapors and inner surface of external effusion chamber which is made from material which decreases electron work function. EFFECT: increased functional capabilities. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к способам получения отрицательных многоатомных ионов. The invention relates to a plasma technique, in particular to methods for producing negative polyatomic ions.

Интенсивные пучки отрицательных ионов могут найти применение при химической ионизации в ионных двигателях, в ускорителях высоких энергий. Intense beams of negative ions can be used in chemical ionization in ion engines and in high-energy accelerators.

Общий подход к получению отрицательных ионов состоит в поверхностной ионизации веществ, при котором решаются сложные технические задачи. Известен способ получения пучка отрицательных ионов фуллеренов [1] в котором используются средства лазерной техники. Известен способ, являющийся наиболее близким аналогом лазерная ионизация посредством воздействия на рабочее вещество лазерного излучения [2]
Недостатками указанных способов являются, во-первых, наличие фрагментации молекул фуллеренов, вызванной лазерным воздействием, во-вторых, необходимость последующей термолизации, и, в-третьих, высокая стоимость оборудования для проведения лазерной ионизации.A general approach to the production of negative ions is the surface ionization of substances, in which complex technical problems are solved. A known method of producing a beam of negative fullerene ions [1] which uses laser technology. The known method, which is the closest analogue to laser ionization by exposing the working substance to laser radiation [2]
The disadvantages of these methods are, firstly, the presence of fragmentation of fullerene molecules caused by laser exposure, secondly, the need for subsequent thermolization, and thirdly, the high cost of equipment for laser ionization.

Задачей настоящего изобретения является создание способа получения пучка отрицательных ионов фуллеренов и/или их производных, свободного от указанных недостатков. The present invention is to provide a method for producing a beam of negative ions of fullerenes and / or their derivatives, free of these disadvantages.

Техническим результатом предложенного изобретения является исключение фрагментации молекул фуллеренов и/или их производных и получение интенсивного пучка ионов с равновесным составом. Кроме того, заявленный способ может быть осуществлен на оборудовании, стоимость которого значительно меньше оборудования для реализации методов лазерной ионизации. The technical result of the proposed invention is the elimination of fragmentation of fullerene molecules and / or their derivatives and obtaining an intense ion beam with an equilibrium composition. In addition, the claimed method can be implemented on equipment, the cost of which is significantly less than the equipment for the implementation of laser ionization methods.

Сущность изобретения заключается в следующем: используют две эффузионные ячейки, одна из которых (внутренняя ячейка) помещена в другую (внешнюю ячейку). Испарение фуллеренов и/или их производных осуществляют через эффузионное отверстие внутренней ячейки, в которую помещают соответствующие вещества в твердом состоянии. Ионизацию пара с последующим извлечением из него отрицательных ионов с помощью электростатического поля для формирования пучка ионов проводят при контакте пара с внутренней поверхностью внешней ячейки, причем во внешнюю ячейку предварительно помещаются вещества или ихсмесь, понижающие работу выхода электрона внутренней поверхности ячейки. Внутренняя ячейка изолирует твердую фазу фуллеренов и/или их производных от контакт с поверхностью внешней ячейки, вследствие чего при нагревании внешней ячейки, а вместе с ней автоматически и внутренней, в полости внешней ячейки образуется недонасыщенный пар фуллеренов. Это дает возможность поднимать температуру ячеек до значений, при которых поверхностная ионизация становится эффективной (выше 650 К). Верхний предел температуры определяется условием эффузионного истечения пара из внешней ячейки (в типичном случае общее давление пара во внешней ячейке не должно превышать 100 Па). Вся система (поверхность ячеек, твердая фаза фуллеренов и пар) находится в состоянии термодинамического равновесия, обеспечивая тем самым равновесность состава пара, в том числе и его ионной компоненты. The essence of the invention is as follows: two effusion cells are used, one of which (the inner cell) is placed in the other (the outer cell). The evaporation of fullerenes and / or their derivatives is carried out through the effusion hole of the inner cell into which the corresponding substances are placed in the solid state. Ionization of the vapor, followed by extraction of negative ions from it using an electrostatic field to form an ion beam, is carried out upon contact of the vapor with the inner surface of the outer cell, and substances or their mixture are preliminarily placed in the outer cell, which reduce the electron work function of the inner surface of the cell. The inner cell isolates the solid phase of fullerenes and / or their derivatives from contact with the surface of the outer cell; as a result, when the outer cell is heated, and together with it automatically and the inner one, an undersaturated fullerene vapor is formed in the cavity of the outer cell. This makes it possible to raise the cell temperature to values at which surface ionization becomes effective (above 650 K). The upper temperature limit is determined by the condition of effusive steam outflow from the outer cell (in a typical case, the total vapor pressure in the outer cell should not exceed 100 Pa). The entire system (cell surface, solid phase of fullerenes and pairs) is in a state of thermodynamic equilibrium, thereby ensuring the equilibrium of the composition of the vapor, including its ionic component.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа, где изображены: 1 внутренняя ячейка, 2 внешняя ячейка, 3 рабочее вещество (фуллерены и/или их производные), 4 вещество или смесь веществ, понижающих работу выхода. The drawing shows a diagram of a device for implementing the method, which shows: 1 inner cell, 2 outer cell, 3 working substance (fullerenes and / or their derivatives), 4 substance or mixture of substances that lower the work function.

В качестве веществ, понижающих работу выхода внутренней поверхности внешней эффузионной ячейки можно использовать галогениды щелочных металлов. As substances that lower the work function of the inner surface of the outer effusion cell, alkali metal halides can be used.

Пример 1. Т=800 К. Смесь AlF₃ KF состава 25:75 мол. помещается во внешнюю эффузионную ячейку, выполненную из никеля. Во внутренней никелевой ячейке находится рабочая смесь фуллеренов С60, С70, С76, С78, С84. Плотность пучка отрицательных ионов составила 4 10^-8 А/см².Example 1. T = 800 K. A mixture of AlF ₃ KF composition of 25:75 mol. placed in an external effusion cell made of nickel. In the inner nickel cell is a working mixture of fullerenes C60, C70, C76, C78, C84. The density of the beam of negative ions was 4 10 ^-8 A / cm ² .

Пример 2. Т=850 К. Смесь AlF₃ KF состава 25:75 мол. помещается во внешнюю никелевую эффузионную ячейку. Во внутреннюю ячейку помещено рабочее вещество Cn (n=60, 70, 76, 78, 84). Плотность пучка отрицательных ионов составила 3•10^-7 А/см².Example 2. T = 850 K. A mixture of AlF ₃ KF composition of 25:75 mol. placed in an external nickel effusion cell. The working substance Cn (n = 60, 70, 76, 78, 84) is placed in the inner cell. The density of the negative ion beam was 3 • 10 ^-7 A / cm ² .

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет добиться увеличения плотности пучков отрицательных ионов фуллеренов и/или их производных и поддерживать стабильность получения пучков многоатомных ионов за счет исключения фрагментации многатомных молекул и получения пучка ионов с равновесным составом. Кроме того, способ может быть реализован на сравнительно дорогом оборудовании. Thus, the proposed method, in comparison with the known method, allows to increase the density of the beams of negative fullerene ions and / or their derivatives and to maintain the stability of the production of polyatomic ion beams by eliminating fragmentation of polyatomic molecules and obtaining an ion beam with an equilibrium composition. In addition, the method can be implemented on relatively expensive equipment.

Claims

1. The method of obtaining a beam of negative ions of fullerenes and / or their derivatives, including the evaporation of fullerenes and / or their derivatives, ionization and extraction of ions from the gas-vapor phase to form a beam of negative ions, characterized in that the evaporation is carried out from an internal effusion cell placed in an external effusion cell, and ionization is carried out by contact of vapors of fullerenes and / or their derivatives with the inner surface of the external effusion cell made of a material that reduces the electron work function surface.

2. The method according to claim 1, characterized in that a substance or mixture of substances is introduced into the external effusion cell, which reduces the work function of the electron on the inner surface of the external effusion cell during adsorption.

3. The method according to p. 1, characterized in that the evaporation of fullerenes and / or their derivatives is carried out from the effusion hole of the internal effusion cell installed inside the external effusion cell so that heating of the external cell leads to heating of the internal cell, and contact of the solid phase of fullerenes and / or their derivatives with the surface of the external effusion cell.