ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ
ВАНТ. Серия: Ядерно-реакторные константы


Расширенное продолжение серии: Ядерные константы c 1971 года
ISSN 2414-1038 (online)

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:  Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
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

Полная версия статьи (PDF)

Список литературы

УДК 621.311:621.039

Вопросы атомной науки и техники. Cерия: Ядерно-реакторные константы, 2022, № 1, c. 83–95