Когда это может произойти? В тех случаях, когда работа, затрачиваемая на отрыв такого внешнего электрона (энергия ионизации вещества), оказывается меньшей, чем работа, совершаемая электроном атома материала стенки, покидающим этот атом и превращающимся в свободный электрон (работа выхода материала стенки). Действительно, чем больше разность этих работ, тем больше вероятность того, что внешний электрон соударяющегося атома останется в веществе стенки. Если представить себе на минуту, что при соударении внешний электрон атома как бы внедрился в материал стенки (так это примерно и бывает в действительности), то чтобы этот материал снова возвратил, излучил поглощенный электрон, он должен теперь затратить большую работу, чем получил. Это не может быть, естественно, правилом, а скорее исключением, тем более редким, чем больше затрата энергии, равная разности работы выхода и энергии ионизации.
Вот почему для успешной работы ионного источника, использующего это явление поверхностной, ионизации, рабочее вещество ионного двигателя должно обладать малой энергией ионизации, а материал ионизатора — большой работой выхода. Это делает понятным, почему в большинстве разработанных проектов ионных ракетных двигателей рабочим веществом служит щелочный металл цезий, обладающий наименьшей из известных энергией ионизации (3,87 эв). Правда, это рабочее вещество обладает и другими достоинствами, о которых будет сказано ниже. Могут найти применение также такие щелочные металлы, как рубидий (энергия ионизации 4,16 эв), калий (4,32 эв), натрий (5,12 эв).
|
Затем, очевидно, нужно добиться того, чтобы все атомы паров цезия обязательно столкнулись, по меньшей мере один раз, с поверхностью вольфрама. Ни один атом не должен ускользнуть от этого, ибо он приведет к снижению коэффициента ионизации, т. е. доли ионизованных атомов в их общем числе, и, следовательно, к ухудшению работы источника, его утяжелению и др.
Материал ионизующей поверхности должен обладать высокой температурой плавления. Этому требованию вполне отвечают вольфрам (температура плавления 3370° С), рений (3167° С), углерод (3550° С). Вот почему наиболее часто предполагается применение именно этих веществ, в особенности вольфрама.