Авторы
Ярыгин В.И., Тулин С.М.
Организация
АО «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского», Обнинск, Россия
Ярыгин В.И. – главный научный сотрудник, доктор технических наук, профессор. Контакты: 249033, Калужская обл., Обнинск, пл. Бондаренко, 1. Тел.: (484) 399-88-29; e-mail:
Тулин С.М. – ведущий инженер.
Аннотация
В статье обсуждаются экспериментальные результаты
комплексного исследования методами рентгеноструктурного анализа, времяпролетной
масс-спектрометрии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, электронной
микроскопии, спектроскопии полного тока высокого разрешения, электронной Оже-спектроскопии
процесса модификации поверхности и приповерхностной области ниобиевых
электродов лабораторного термоэмиссионного преобразователя тепловой энергии в
электрическую (ТЭП) и соответствующие изменения эмиссионных характеристик
электродов и выходных характеристик ТЭП с Nbimp – Nbimp электродной парой.
Модификация проводилась большедозным легированием ионами кислорода (флюенс ~1018 ион/см2,
энергия ионов ~85 кэВ, плотность ионного тока ~40 мкА/см2) с
последующим вакуумным активационным отжигом
образца-свидетеля и Nbimp электродов (Nbimp эмиттера и Nbimp
коллектора) при температуре ~1470 К (в течение ~1 часа).
Методами комплексного анализа было
установлено, что активационный отжиг Nbimp
образца-свидетеля/электродов ТЭП вызывает изменение кристаллографической
структуры Nbimp электродов с образованием на
поверхности эмиттера и коллектора ТЭП (поликристаллических в исходном
состоянии) стабильной электронной системы Nb-О типа
субоксид Nb6О с крупнозёренной
текстурой (110) с размерами зерен 30–100 микрон и глубиной залегания кислорода
до 500–700 ангстрем. Концентрация кислорода на поверхности Nbimp электродов составляет 4–5% ат., что на порядок превосходит естественное
содержание растворенного кислорода в исходном поликристаллическом ниобии.
Термоэмиссионными измерениями в лабораторном ТЭП установлено, что модифицирование
Nbimp электродов
вызывает существенное улучшение эмиссионно-адсорбционных характеристик ТЭП с электродной
парой Nbimp – Nbimp.
В рамках непротиворечивой
физической модели в статье рассмотрена взаимосвязь свойств модифицированных Nbimp электродов с высокоэффективным процессом низкотемпературного
термоэмиссионного преобразования с привлекательным показателем эффективности
по барьерному индексу (2±0,06 эВ) и
электродному к.п.д. ~11% (при
температуре эмиттера ~1600 К).
Ключевые слова
ионная имплантация, кислород, эмиттер, коллектор, работа
выхода электронов, кристаллографическая ориентация текстуры, элементный состав,
вольт-амперная характеристика, термоэмиссионный преобразователь
УДК 621.311:621.039
Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2022, № 1, c. 83–95