Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами

Представлены результаты экспериментальных исследований функций распределений неравновесных электронов в твердотельной плазме сурьмяно-цезиевого катода при облучении его пучками ионов H⁺ и He⁺ с энергиями 1,25…2,25 МэВ. Показано, что эти функции в исследуемом диапазоне энергий электронов от 5 до 100...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2003
Автори:	Журенко, В.П., Калантарьян, О.В., Колесник, В.Т., Кононенко, С.И., Муратов, В.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2003
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	Приложения и технологии
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/111224
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами / В.П. Журенко, О.В. Калантарьян, В.Т. Колесник, С.И. Кононенко, В.И. Муратов // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 4. — С. 296-300. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-111224
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1112242017-01-09T03:05:09Z Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами Журенко, В.П. Калантарьян, О.В. Колесник, В.Т. Кононенко, С.И. Муратов, В.И. Приложения и технологии Представлены результаты экспериментальных исследований функций распределений неравновесных электронов в твердотельной плазме сурьмяно-цезиевого катода при облучении его пучками ионов H⁺ и He⁺ с энергиями 1,25…2,25 МэВ. Показано, что эти функции в исследуемом диапазоне энергий электронов от 5 до 100 эВ имеют кусочно-степенную зависимость. Полученные функции распределения имеют два участка, соответствующие различным показателям степени в энергетических интервалах 5…30 эВ и 30…100 эВ, приведены соответствующие показатели степени для этих интервалов энергий электронов. Измерены значения коэффициентов вторичной ион-электронной эмиссии для сурьмяно-цезиевого катода. 2003 Article Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами / В.П. Журенко, О.В. Калантарьян, В.Т. Колесник, С.И. Кононенко, В.И. Муратов // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 4. — С. 296-300. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/111224 533.9 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Приложения и технологии Приложения и технологии
spellingShingle	Приложения и технологии Приложения и технологии Журенко, В.П. Калантарьян, О.В. Колесник, В.Т. Кононенко, С.И. Муратов, В.И. Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами Вопросы атомной науки и техники
description	Представлены результаты экспериментальных исследований функций распределений неравновесных электронов в твердотельной плазме сурьмяно-цезиевого катода при облучении его пучками ионов H⁺ и He⁺ с энергиями 1,25…2,25 МэВ. Показано, что эти функции в исследуемом диапазоне энергий электронов от 5 до 100 эВ имеют кусочно-степенную зависимость. Полученные функции распределения имеют два участка, соответствующие различным показателям степени в энергетических интервалах 5…30 эВ и 30…100 эВ, приведены соответствующие показатели степени для этих интервалов энергий электронов. Измерены значения коэффициентов вторичной ион-электронной эмиссии для сурьмяно-цезиевого катода.
format	Article
author	Журенко, В.П. Калантарьян, О.В. Колесник, В.Т. Кононенко, С.И. Муратов, В.И.
author_facet	Журенко, В.П. Калантарьян, О.В. Колесник, В.Т. Кононенко, С.И. Муратов, В.И.
author_sort	Журенко, В.П.
title	Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами
title_short	Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами
title_full	Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами
title_fullStr	Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами
title_full_unstemmed	Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами
title_sort	функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2003
topic_facet	Приложения и технологии
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/111224
citation_txt	Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами / В.П. Журенко, О.В. Калантарьян, В.Т. Колесник, С.И. Кононенко, В.И. Муратов // Вопросы атомной науки и техники. — 2003. — № 4. — С. 296-300. — Бібліогр.: 22 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT žurenkovp funkciiraspredelenijneravnovesnyhélektronovpribombardirovkesurʹmânocezievyhkatodovbystrymiionami AT kalantarʹânov funkciiraspredelenijneravnovesnyhélektronovpribombardirovkesurʹmânocezievyhkatodovbystrymiionami AT kolesnikvt funkciiraspredelenijneravnovesnyhélektronovpribombardirovkesurʹmânocezievyhkatodovbystrymiionami AT kononenkosi funkciiraspredelenijneravnovesnyhélektronovpribombardirovkesurʹmânocezievyhkatodovbystrymiionami AT muratovvi funkciiraspredelenijneravnovesnyhélektronovpribombardirovkesurʹmânocezievyhkatodovbystrymiionami
first_indexed	2025-07-08T01:49:29Z
last_indexed	2025-07-08T01:49:29Z
_version_	1837041576678785024
fulltext	УДК 533.9 ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ НЕРАВНОВЕСНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ ПРИ БОМБАРДИРОВКЕ СУРЬМЯНО-ЦЕЗИЕВЫХ КАТОДОВ БЫСTРЫМИ ИОНАМИ В.П. Журенко, О.В. Калантарьян, В.Т. Колесник, С.И. Кононенко, В.И. Муратов Харьковский национальный университет им.В.Н.Каразина, пл.Свободы, 4, 61077, Харьков, Украина, e-mail: kononenko@univer.kharkov.ua Представлены результаты экспериментальных исследований функций распределений неравновесных электронов в твердотельной плазме сурьмяно-цезиевого катода при облучении его пучками ионов H+ и He+ с энергиями 1,25…2,25 МэВ. Показано, что эти функции в исследуемом диапазоне энергий электронов от 5 до 100 эВ имеют кусочно-степенную зависимость. Полученные функции распределения имеют два участка, со- ответствующие различным показателям степени в энергетических интервалах 5…30 эВ и 30…100 эВ, приве- дены соответствующие показатели степени для этих интервалов энергий электронов. Измерены значения ко- эффициентов вторичной ион-электронной эмиссии для сурьмяно-цезиевого катода. ВВЕДЕНИЕ Внесение дополнительной кинетической энергии в плазму твердого тела приводит к ионизации атомов среды и образованию довольно большого количества свободных электронов, которые имеют энергии выше равновесного уровня [1]. В таких условиях возможно формирование отличных от равновесных распределений свободных электронов [2, 3]. Как было показано в ряде работ теоретически и экспериментально, при облучении пучками высокоэнергетичных ионов в твердотельной плазме благодаря наличию потока частиц (энергии) в импульсном пространстве, создаваемого источником (ионизация) и стоком (эмиссия электронов), формируется неравновесная стационарная степенная функция распределения электронов вида: f(E)=αI1/2E s , (1) где α - нормировочная константа, I – поток частиц (энергии), s - показатель степени [3, 4]. Здесь E - полная энергия электронов в твердом теле: E=ϕ +EF+eU, где ϕ - работа выхода, EF - энергия Ферми, eU - энергия, отсчитываемая от вакуумного уровня. Степенные распределения характерны наличием до- вольно большой доли высокоэнергетичных электро- нов. Например, при облучении α-частицами с энер- гией 4,9 МэВ бериллиевого образца доля электронов с энергиями выше Ep=18,9 эВ (где Ep - энергия соб- ственных колебаний в бериллие) может превышать 37 % [5]. Когда скорость налетающего иона v существенно превосходит скорость любого электрона атома ми- шени, упругие потери пренебрежимо малы, а неу- пругие потери энергии, которые обычно называют ионизационными потерями, описываются формулой Бете-Блоха [6]: -dE/dx=(4πZ1 2e4/mv2)Z2N ln(2mv2/I) (2) где m - масса электрона, Z1 – заряд налетающего иона, Z2 - заряд атомов тормозящей среды, N - плотность атомов мишени, I - средний потенциал возбуждения атомов тормозящей среды. Из формулы (2) видно, что в области высоких энергий ионизационные потери уменьшаются как v-2. Внесение дополнительного заряда в квазинейтральную сбалансированную систему твердотельной плазмы приводит к смещению свободных электронов относительно положения равновесия и, к возбуждению собственных колебаний – плазмонов [7]. Таким образом, энергия, теряемая ионом в результате торможения, может передаваться электронам среды двумя путями: часть энергии расходуется на возбуждение плазмонов, а другая часть передается отдельным электронам при столкновениях (в частности, с атомами, что приводит к ионизации последних) [1]. Реализуемая таким образом неравновесная ситуация приводит к существенным изменениям функции распределения свободных электронов [3]. Часть образовавшихся в твердотельной плазме неравновесных электронов, имея соответствующие величины и направления импульсов, может поки- нуть вещество или, другими словами, эти электроны могут участвовать в процессе вторичной ион-элек- тронной эмиссии (ВИЭЭ). Процесс эмиссии проис- ходит в три этапа: • рождение неравновесных электронов; • передвижение (диффузия) их к поверхности твердого тела и столкновения; • преодоление потенциального барьера, суще- ствующего на поверхности, и выход в ваку- ум. Такого рода подход считается наиболее полно отражающим закономерности ВИЭЭ и применяется, начиная с работы Штернгласса [8] при рассмотре- нии этих процессов [9]. Процессы диффузии вну- тренних электронов к поверхности и преодоления потенциального барьера, вероятно, одинаковы как для электронов, образующихся в результате ионной бомбардировки, так и для электронов, возникающих в результате электронного и фотонного облучения [10]. Интегральной характеристикой ВИЭЭ является коэффициент ВИЭЭ γ, часто называемый в литера- туре электронным выходом [11]. Электронный вы- ход γ определяется как отношение числа выбитых вторичных электронов Ne к числу первичных ионов Ni: γ=Ne/Ni (3) Величина коэффициента ВИЭЭ существенно за- висит от энергии бомбардирующих ионов. В настоя- щее время считается теоретически и эксперимен- тально доказанным, что для легких ионов электрон- ный выход γ прямо пропорционален средним удель- ным ионизационным потерям иона в веществе dE/dx [8, 11, 12 ]. Значительно более информативными характери- стиками ВИЭЭ являются энергетические распреде- ления электронов. Проведенные экспериментальные исследования показали, что энергетические спектры вторичных электронов имеют степенной характер [13-15]. При исследовании эмиссии из ряда метал- лов было показано, что функции распределения электронов, выбитых легкими ионами, имеют кусоч- но-степенной характер с различными показателями степени s для различных энергетических интервалов [4, 15, 16]. Как показано в работе [17], изменения в эмис- сионных свойствах, возникающие при облучении интенсивными потоками заряженных частиц, могут быть эффективно использованы для создания новых источников энергии. Одним из таких источников яв- ляется вторично-эмиссионный радиоизотопный ис- точник тока (ВЭРИИТ) [18], преобразующий энер- гию α-частиц в электрическую энергию на основе неравновесных распределений. Поскольку коэффи- циент полезного действия такого устройства про- порционален разности электронных выходов ис- пользуемых материалов эмиттеров (γ2-γ1) [18], то для увеличения его эффективности необходимо подби- рать эмиттер с высоким значением γ2. Имеющаяся на сегодняшний день информация о возникающих при облучении пучками быстрых ионов эмиссионных свойствах материалов касается в основном металлов. Обращает на себя внимание отсутствие данных о широко используемых в фото- эмиссионной и электронной технике эффективных эмиттерах электронов. Одними из наиболее распро- страненных эффективных эмиттеров вторичных электронов являются эмиттеры на основе сурьмяно- цезиевых соединений. Благодаря своим высоким вторичным фотоэмиссионным и электронно-эмис- сионным свойствам, которые обычно связывают с малым значением высоты потенциального барьера на границе поверхности образца с вакуумом, соеди- нения такого типа активно используются в качестве фотокатодов и динодов в фотоэлектронных умножи- телях и других приборах [19]. Так, значение коэф- фициента вторичной электронной эмиссии (ВЭЭ) составляет для сурьмяно-цезиевого соединения σ=3 ÷4 при малых энергиях первичных электронов EP=100 эВ, а максимальное значение коэффициент ВЭЭ σmax=8÷10 достигает при энергиях EP=500÷ 600 эВ [19]. Наличие значительных коэффициентов вторичной эмиссии является следствием не только низкой работы выхода из этого материала, но и, по- видимому, формированием неравновесных функций распределения степенного типа. Целью данной работы является проведение экс- периментальных исследований функций распреде- ления электронов, формируемых при облучении сурьмяно-цезиевого катода пучками быстрых легких ионов, и выявление закономерностей этого процес- са. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА Исследование функций распределения электро- нов, формируемых в твердотельной плазме сурьмя- но-цезиевого катода при бомбардировке его пучка- ми быстрых легких ионов, проводились на установ- ке, схематически изображенной на Рис.1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R c Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 – мишень, 2 – держатель мишени, 3 – полусферы, 4,5 – электрометрические усилители, 6 - аналого- цифровой преобразователь, 7 - ЭВМ типа IBM PC, 8 - цилиндр Фарадея, 9 – токовый прибор Ф303, 10 - источник пилообразного напряжения Электростатический ускоритель ионов Ван де Графа, используемый в качестве источника первич- ных частиц, позволял получать пучки ионов водоро- да H+ и гелия He+. Измерения энергетических спек- тров электронов ВИЭЭ было проведено для пучков ионов H+ с энергиями от 1,25 до 2,25 МэВ и He+ с энергиями от 1,75 до 2,25 МэВ с шагом 0,25 МэВ. Исследуемый катод, используемый в качестве ми- шени, представлял собой сурьмяно-цезиевый слой, с толщиной превышающий длину пробега бомбарди- рующих ионов в данном веществе, нанесенный на массивную никелевую подложку. Мишень 1 диамет- ром 10 мм фиксировалась в медной оправке, которая крепилась на подвижном держателе 2. Пучок ионов, сколлимированный с помощью системы диафрагм, падал на мишень и вызывал с ее поверхности ВИЭЭ на отражение. Плоскость мишени была перпендику- лярна оси пучка. Диаметр пучка на мишени состав- лял 3 мм. Плотность ионного тока на мишени была не выше, чем 30 мкА/см2. Откачка камеры осуще- ствлялась магниторазрядным насосом НМД-0,4-1 и форвакуумным насосом НВПР-16Д с азотной ло- вушкой. Во всех проведенных экспериментах давле- ние остаточных газов в вакуумной камере составля- ло не более 10-6 Торр. Электроны, эмитированные с поверхности мише- ни, собирались на сферическом коллекторе, состоя- щем из двух полусфер 3 с радиусом 100 мм. Ми- шень на держателе помещалась внутри коллектора. Зазор между полусферами составлял 15 мм. Входное окно полусферы было диаметром 10 мм. Одновре- менно с измерением тока коллектора IC регистриро- вался ток мишени IT. Ток мишени представляет со- бой сумму тока ионов пучка IB и тока достигших коллектора вторичных электронов: IT = IC+ IB. Из- меряемые токи коллектора IC и мишени IT, усиленные электрометрическими усилителями 4 и 5, соответ- ственно, подавались через аналого-цифровой преоб- разователь 6 в ЭВМ 7 типа IBM PC. Для калибровки измерительной системы за задней полусферой рас- полагался цилиндр Фарадея 8, позволяющий непо- средственно регистрировать ток пучка ионов IFC при выведенной из-под пучка мишени. Цилиндр Фара- дея имел размеры ∅=20 мм и l=130 мм. Ток цилин- дра Фарадея IFC измерялся при помощи токового прибора Ф303 9. Коэффициент ВИЭЭ определялся по формуле: γ = IC / (IC - IT) (4) Изучая энергетический спектр электронов ВИЭЭ сферическим анализатором для точечного источни- ка эмиссии, можно восстановить явный вид функ- ции распределения электронов внутри твердого тела [20]. В случае, когда функция распределения сте- пенная (1), производная тока эмиссии по энергии электронов dI/dU может быть представлена, как: dI/dU = B⋅(EF+ϕ+eU)s+1, (5) где B – константа. Следовательно, в логарифмиче- ском масштабе зависимость (5) представляет собой прямую с тангенсом угла наклона, равным s+1. Энергетические распределения вторичных элек- тронов эмиссии на отражение измерялись при помо- щи сферического коллектора в режиме энергоанали- затора с тормозящим полем в интервале от 0 до 100 В с шагом в 1 В. Тормозящее электрическое поле создавалось между мишенью 1 и двумя полу- сферами 3. Поскольку радиус энергоанализатора значительно превышал размер мишени, то распреде- ление поля было близко к сферическому. Держа- телем мишени 2 служила керамическая трубка ∅ =5 мм с нанесенным на ее внешнюю поверхность резистивным слоем. Удельное сопротивление слоя Rc менялось по длине трубки нелинейным образом так, чтобы потенциал держателя не искажал поля внутри энергоанализатора. Мишень имела гальвани- ческий контакт с одним концом резистивного слоя, а другой конец его заземлялся. Тормозящий потен- циал подводился к мишени внутри керамической трубки от источника пилообразного напряжения 10, управляемого ЭВМ 7. Таким образом, ток, проте- кающий вдоль резистивного слоя, создавал необхо- димое распределение потенциала вдоль длины дер- жателя. В процессе эксперимента вторичные элек- троны, двигаясь по радиальным траекториям, дости- гали коллектора. При подаче на мишень тормозяще- го напряжения на коллектор попадали только те электроны, энергия которых достаточна для преодо- ления тормозящего поля. Программа, которая осу- ществляла управление экспериментом, позволяла для каждого значения тормозящего поля в течение 7 секунд набирать статистику из 100 измерений тока электронов эмиссии. Затем программа производила усреднение по 100 экспериментальным точкам, и полученное в результате этой процедуры значение электронного тока записывалось в память ЭВМ. Дифференцируя полученные таким образом зависи- мости тока коллектора от задерживающего напряже- ния (кривые задержки), можно получить энергетиче- ский спектр электронов ВИЭЭ, а затем восстановить функцию распределения. Процедура нахождения значений показателя сте- пени s функций распределения электронов включала несколько операций. В начале производилось “сши- вание” тока эмиссии электронов и дифференцирова- ние кривых задержки. Затем осуществлялась линей- ная аппроксимация построенных в логарифмиче- ском масштабе зависимостей dI/dU от полной энер- гии электронов внутри исследуемого соединения (EF+ϕ+eU). Согласно (5), тангенс угла наклона пря- мых равен (s+1). ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Проведенные экспериментальные исследования энергетического спектра электронов ВИЭЭ показы- вают, что для всех энергий используемых ионов электронная функция распределения , формируемая в неравновесных условиях в плазме сурьмяно-цези- евого катода, имеет степенную зависимость. 10 100 0,1 1 2 1 2,01,5 U, В log(dI/dU), отн.ед. log(E F +φ +eU), отн.ед. Рис. 2. Типичная зависимость log(dI/dU) от log(EF+ϕ +eU) для сурьмяно-цезиевого катода в случае бом- бардировки его ионами He+ с энергией 1,75 МэВ. Участку 1 функции распределения (интервал энер- гий 5÷30 эВ) соответствует показатель степени s1=-2,85, а участку 2 (30÷100 эВ) – s2=-2,45 На рис.2 представлена типичная функция распре- деления неравновесных электронов для исследуемо- го образца в случае бомбардировки его ионами He+ с энергией 1,75 МэВ. Экспериментальные точки хорошо укладывают- ся на две прямые, соответствующие различным по- казателям степени в энергетических интервалах 5÷ 30 эВ и 30÷100 эВ. В результате обработки экспериментальных дан- ных были получены соответствующие показатели степени. В таблице представлены значения показа- телей степени s1 и s2 для двух участков функции рас- пределения, соответствующих вышеуказанным энергетическим интервалам, в зависимости от энер- гии бомбардирующих ионов H+ и He+. Как нам кажется, показатель степени функции распределения вторичных электронов может иметь зависимость от энергии (удельных ионизационных потерь) быстрых ионов. По-видимому, мощность источника дополнительных частиц в импульсном пространстве определяется именно удельными ионизационными потерями иона. Как было указано в [3, 21] только в некоторых определенных случаях показатель степени не зависит от структуры источ- ника и стока. В этом случае говорят об универсаль- ной функции распределения с показателем степени –5/4 [21]. В ранее проведенных нами экспериментах с пучком ионов He+ и тонкими металлическими пленками были измерены показатели степени s и по- казано, что абсолютная величина показателя степе- ни s1 функции распределения на первом энергетиче- ском интервале, который соответствует области медленных электронов (Е<35 эВ), уменьшается с ро- стом удельных ионизационных потерь иона в веще- стве [16]. Авторы работы [14] указывают, что с ро- стом энергии налетающих ионов возрастает доля быстрых электронов. Как видно из вышеприведен- ной таблицы, показатели степени s1 для различных энергий бомбардирующих ионов, и, следовательно, различных удельных ионизационных потерь иона в сурьмяно-цезиевом образце различаются незначи- тельно, хотя для протонов абсолютная величина по- казателя степени возрастает (падает) с ростом энер- гии (удельных ионизационных потерь). Для ионов гелия такой зависимости не наблюдается. Следует заметить, что изменение показателя степени не пре- вышает 10 %, и для установления его точной зависи- мости от потерь энергии требуются дополнительные исследования. Ион Энергия, МэВ Показатели степени -s1 -s2 H+ 1,23 1,5 1,75 2 2,26 2,88 2,95 2,91 3,07 3,07 2,51 2,49 2,46 2,38 2,55 He+ 1,75 2 2,26 2,85 2,81 2,77 2,45 2,15 2,32 На Рис.3 представлена зависимость электронного выхода γ от энергии падающих ионов H+ и He+. Как видно из графика, значения электронного выхода γ для исследуемого сурьмяно-цезиевого со- единения превышают таковые для ряда металличе- ских образцов [11]. Причина этого может заклю- чаться в следующем. Как уже было сказано выше, часть образовавшихся при бомбардировке пучками быстрых заряженных частиц в твердотельной плаз- ме неравновесных электронов диффундирует к по- верхности и выходит в вакуум. Эмиссия электронов происходит с приповерхностного слоя, толщина ко- торого значительно меньше глубины проникновения ионов и определяется закономерностями движения этих электронов к поверхности. В металлах образо- вавшиеся электроны, диффундируя к поверхности, взаимодействуют главным образом с электронами проводимости. Это взаимодействие может происхо- дить посредством парных столкновений и коллек- тивных эффектов - возбуждения плазмонов. Вслед- ствие большой концентрации электронов проводи- мости в металлах, велика вероятность электрон- электронных взаимодействий и, соответственно, эф- фективная глубина выхода вторичных электронов мала. В полупроводниках концентрация электронов проводимости мала, поэтому глубина выхода вто- ричных электронов может быть весьма значитель- ной. Поскольку сурьмяно-цезиевые соединения об- ладают полупроводниковыми свойствами [19], то глубина выхода неравновесных электронов может превышать таковую для металлов. Более высокий, чем для металлов коэффициент ВИЭЭ может ча- стично определяться этим фактором. 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 γ , отн.ед. E, МэВ H He Рис. 3. Зависимость электронного выхода γ от энергии падающих ионов H+ и He+ для сурьмяно-це- зиевого катода Сурьмяно-цезиевые соединения имеют малое значение работы выхода [22]. Небольшая высота по- тенциального барьера на границе поверхности таких соединений с вакуумом может приводить к увеличе- нию доли неравновесных электронов, покидающих твердое тело. Работа выхода обрезает сформирован- ную в плазме твердого тела степенную неравновес- ную функцию распределения электронов. Так как величина показателя степени на первом участке у исследованных веществ весьма значительна [см. Та- блицу выше, 13-16], то даже незначительное умень- шение работы выхода приводит к существенному возрастанию коэффициента ВИЭЭ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В работе представлены результаты эксперимен- тальных исследований функций распределений электронов, формируемых в твердотельной плазме сурьмяно-цезиевого катода при облучении его пуч- ками быстрых легких ионов. Исследования проведе- ны путем измерения энергетических спектров элек- тронов вторичной ион-электронной эмиссии сфери- ческим анализатором с тормозящим полем. Показа- но, что во всех проведенных экспериментах с иона- ми H+ и He+ неравновесные функции распределений в исследуемом диапазоне энергий электронов от 5 до 100 эВ носят кусочно-степенной характер. Полу- ченные функции распределения имеют два участка, соответствующие различным показателям степени в энергетических интервалах 5÷30 эВ и 30÷100 эВ. Показатели степени, по-видимому, зависят от энер- гии (удельных ионизационных потерь) быстрых ионов, что и наблюдается для протонов на первом энергетическом интервале. Это связывается с усло- виями формирования неравновесной функции рас- пределения. Также проведены измерения электрон- ных выходов γ из сурьмяно-цезиевого катода. Полу- ченные значения превышают электронные выходы для ряда металлов. По-видимому, это может быть связано, во-первых, с большей по сравнению с ме- таллами глубиной выхода образовавшихся при об- лучении быстрыми ионами неравновесных электро- нов, и, во-вторых, с малой высотой потенциального барьера на границе поверхности с вакуумом. Авторы считают своим приятным долгом по- благодарить профессора Карася В.И. за постоянный интерес к работе и ценные замечания. Авторы благодарят персонал ускорителя ВГ-5 ННЦ ХФТИ и лично Мищенко В.М. за создание условий для рабо- ты. Работа поддержана Украинским научно-техноло- гическим центром проект №1862. ЛИТЕРАТУРА 1. Н.П. Калашников, В.С. Ремизович, М.И. Ряза- нов. Столкновения быстрых заряженных ча- стиц в твердых телах. М.: Атомиздат, 1980. 2. В.И. Карась, С.С. Моисееев, В.Е. Новиков. Ме- ханизм образования “быстрых электронов” эмиссии из металла, индуцированной лазером // Письма в ЖЭТФ. 1975, т. 21, №9, с. 525-528. 3. В.И. Карась, С.С. Моисеев, В.Е. Новиков. Не- равновесные стационарные распределения ча- стиц в твердотельной плазме // ЖЭТФ. 1976, т. 71, №4(10), с. 1421-1433. 4. Е.Н. Батракин, И.И. Залюбовский, В.И. Карась и др. Исследование вторичной эмиссии из тонких пленок Al, Cu, Be, индуцированной пучком протонов 1 МэВ // ЖЭТФ. 1985, т. 89, № 3(9), с. 1098-1100. 5. В.П. Журенко, С.И. Кононенко, В.И. Карась и др. Диссипация энергии быстрой заряженной частицей в твердотельной плазме // Физика плазмы. 2003, т. 29, №2, с. 1-7. 6. Ю.В. Готт. Взаимодействие частиц с веще- ством в плазменных исследованиях. М.: Атомиз- дат, 1978. 7. М. Стил, Б. Вюраль. Взаимодействия волн в плазме твердого тела. М.: Атомиздат, 1973. 8. E.J. Sternglass. Theory of secondary electron emis- sion by high-speed ions // Phys. Rev. 1957, т. 108, №1, с. 1. 9. H. Rothard, C. Caraby, A. Cassimi и др. Target- thickness-dependent electron emission from carbon foils bombarded with swift highly charged heavy ions // Physical Review A 1995, т. 51, № 4, с. 3066- 3078. 10. Б.А. Брусиловский. Кинетическая ионно- электронная эмиссия. М.: Энергоатомиздат, 1990. 11. D. Нasselkamp, K.G. Lang, A. Scharmann и др. Ion induced electron emission from metal surfaces // Nucl. Instr. and Meth. B 1981, т. 180, с. 349-356. 12. J. Schou //Phys. Rev. B 1980, т. 22, с. 2141. 13. W. Meckbach, G. Braunstein, N. Arista. Secondary-electron emission in the backward and forward directions from thin carbon foils traversed by 25-250 keV proton beams // J. Phys. B 1975, т. 8, № 14, с. L344-L349. 14. D. Нasselkamp, S. Hippler, A. Scharmann. Ion- induced secondary electron spectra from clean metal surfaces // Nucl. Instr. and Meth. B 1987, т. 18, с. 561-565. 15. Е.Н. Батракин, И.И. Залюбовский, В.И. Карась и др. Экспериментальные исследования энергетического спектра вторичных электронов, возникающих при прохождении α–частиц через тонкие пленки // Поверхность. 1986, № 12, с. 82-86. 16. С.І. Кононенко. Кінетична електронна емісія з поверхонь металевих плівок при бомбардуванні іонами гелію // Доповіді НАНУ. 2001, № 1, с. 87. 17. В.И. Карась, С.С. Моисеев. О преобразовании ядерной энергии в электрическую на основе неравновесных распределений // УФЖ. 1979, т. 24, № 11, с. 1724-1728. 18. В.М. Балебанов, С.С. Моисеев, В.И. Карась и др. Вторично-эмиссионный радиоизотопный ис- точник тока // Атомная энергия. 1998, т. 84, № 5, с. 398. 19. Н.А. Соболева, А.Е. Меламид. Фотоэлектрон- ные приборы. М.: “Высшая школа”, 1974. 20. В.М. Балебанов, В.И. Карась, И.В. Карась и др. Неравновесные стационарные распределения электронов с потоком по спектру в твердотель- ной плазме и их использование // Физика плаз- мы. 1998, т. 24, №9, с. 789-807. 21. В.И. Карась, С.С. Моисеев, А.П. Шуклин. Универсальные неравновесные распределения частиц в конечных энергетических интервалах // УФЖ. 1980, т. 25, № 5, с. 820-825. 22. В.С. Фоменко, И.А. Подчерняева. Эмиссионные и адсорбционные свойства веществ и материалов. М.: Атомиздат, 1975, с. 201-202.

Функции распределений неравновесных электронов при бомбардировке сурьмяно-цезиевых катодов быстрыми ионами

Репозитарії

Схожі ресурси