CC BY
13УДК 537.58:629.78
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПОЛЕВЫХ И ТЕРМОПОЛЕВЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ПрИМЕНЕНИЯ В КОСМИЧЕСКИХ АППАрАТАХ © Попов Е.О., Колосько А.Г., Филиппов С.В., 2023
Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (ФТИ им. А.Ф. Иоффе) ул. Политехническая, 26, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация, 194021,
e-mail: post@mail.ioffe.ru
ФТИ им. А.Ф. Иоффе разработал вакуумный высоковольтный измерительный стенд, на котором проводятся фундаментальные исследования источников электронов из наноструктурированных материалов. Создана методика определения основных эмиссионных параметров полевых и термополевых эмиттеров в режиме реального времени, одновременно с обработкой масс-спектрометрических данных и эмиссионных картин свечения. Разработан и внедрён алгоритм исследования вакуумных источников электронов. Результатом ресурсных испытаний эмиттеров и катодов на их основе является Паспорт эмиссионных образцов. Предполагается, что широкие возможности созданного программно-управляемого измерительного комплекса, междисциплинарный характер проводимых исследований, а также разработанные и внедрённые передовые методики исследования вакуумных источников электронов позволят внести весомый вклад в развитие космической техники и технологий, которое невозможно без изучения эмиссионных и термоэмиссионных свойств новых материалов, а также технологической оптимизации конструкций на их основе.
Ключевые слова: вакуумные источники электронов, полевая эмиссия, проводящие наноструктурированные материалы, нейтрализаторы ионов, термоэмиссионные преобразователи, методика исследования полевых эмиттеров, измерительный стенд.
MEASURING SETUP FOR STUDY AND TECHNOLOGICAL
OPTIMIZATION OF FIELD AND THERMAL FIELD ELECTRON SOURCES TO BE APPLIED IN SPACECRAFT Popov E.O., Kolosko A.G., Filippov S.V.
A.F. Ioffe Physical-Technical Institute (Ioffe Institute) 26 Politekhnicheskaya, St. Petersburg, 194021, Russian Federation e-mail: post@mail.ioffe.ru
A.F. Ioffe Physical-Technical Institute has developed a high-voltage vacuum measuring setup being used for fundamental research of electron sources from nanostructured materials. A technique has been developed for determining basic emission parameters of field and thermal field emitters in real-time, simultaneously with processing of mass spectrometer data and emission glow patterns. An algorithm for studying vacuum electron emitters has been developed and implemented. The result of life testing of emitters and cathodes on their basis is a Passport
EDN: CNBTGN
of Emission Samples. It is expected that wide capabilities of the developed software-controlled measuring complex, multi-disciplinary nature of the ongoing research, as well as the developed and implemented advanced methods for studying vacuum electron sources will enable to make a strong contribution to the development of space engineering and technologies, which is impossible without studying emission and thermionic properties of new materials, as well as technological structural optimization derived from them.
Key words: vacuum electron sources, field emission, conductive nanostructured materials, ion neutralizers, thermionic converters, method for studying field emitters, measuring setup.
ПОПОВ Е.о. КОЛОСЬКО А.Г. ФИЛИППОВ С.В.
ПОПОВ Евгений Олегович — доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе, e-mail: e.popov@mail.ioffe.ru
POPOV Eugeni Olegovich — Doctor of Science (Physics and Mathematics), Lead research scientist at Iofe Institute, e-mail: e.popov@mail.iofe.ru
КОЛОСЬКО Анатолий Григорьевич — кандидат физико-математических наук, научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе, e-mail: agkolosko@mail.ru
KOLOSKO Anatoly Grigorievich — Candidate of Science (Physics and Mathematics), Research scientist at Iofe Institute, e-mail: agkolosko@mail.ru
ФИЛИППОВ Сергей Владимирович — младший научный сотрудник, старший инженер ФТИ им. А.Ф. Иоффе, e-mail: s.filippov@mail.ioffe.ru
FILIPPOV Sergey Vladimirovich — Junior research scientist, Chief engineer at Iofe Institute, e-mail: s.filippov@mail.ioffe.ru
Введение
Неотъемлемым элементом электродных электроракетных двигателей (ЭРД) является источник электронов для нейтрализации истекающих из двигателя ионов. Сегодня самым долговечным и стойким по отношению к высоким эмиссионным токам является источник термоэмиссионных электронов из гексаборида лантана в конфигурации
полого катода [1]. Альтернативным решением является использование в качестве источника электронов нано-структурированных полевых эмиттеров (так называемых холодных катодов), которые демонстрируют высокие плотности токов и при этом не требуют нагревательного элемента. Такие не-накаливаемые катоды были созданы для работы в среде факела холловс-кого ЭРД [2].
Помимо нейтрализаторов для двигателей ориентации [3] полевые эмиттеры могут служить нейтрализаторами для самих космических аппаратов [4, 5], газовыми ионизаторами в компактных необслуживаемых масс-спектрометрических установках [6], источниками электронов для проектов сбора мусора на околоземных орбитах [7], устройствами прямого преобразования энергии (тепловой, световой) в энергию электронного пучка, а также компонентами для других изделий вакуумной наноэлектроники, способных длительно работать в условиях высоких температур и космической радиации [8].
Сегодня наблюдается большой интерес к термоэмиссионным преобразователям (ТЭП) и результатам испытаний ядерной энергетической установки (ЯЭУ) «Топаз» [9]. Как было показано в монографии профессора В.В. Синявского [10], для решения комплексной технологической задачи по созданию ЯЭУ третьего поколения необходимо изготовление измерительных стендов и прототипов энергоге-нерирующих сборок на основе ТЭП новых типов и конструкций, а также проведение их ресурсных испытаний. Так, в недавней экспериментальной работе Кузнецова В.И. были предложены и исследованы ТЭП, основанные на новых принципах прямого преобразования тепловой энергии непосредственно в энергию переменного тока [11]. Поэтому в настоящей работе ставится задача проведения фундаментальных исследований источников электронов из нанострукту-рированных материалов, в т. ч. для эмиттеров термоэмиссионных преобразователей космических ЯЭУ следующих поколений и катодов плазменных ЭРД, которые широко используются для коррекции орбит космических аппаратов и планируются к использованию в качестве маршевых двигателей электроракетных межорбитальных буксиров [12].
установка по изучению свойств полевых и термополевых катодов
ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН были разработаны экспериментальные стенды и методика для проведения полевых
и термополевых исследований электронных эмиттеров большой площади (large area field emitter — LAFE) [13]. Методика базируется на трёх основных принципах. Первый принцип — многоканальный сбор данных. Регистрируются как вольт-амперные характеристики (ВАХ), так и данные о сопровождающих полевую эмиссию процессах. Оцифровываются температура электродов, давление в измерительной камере, состав летучих продуктов, а также картины свечения, которые показывают распределение и активность эмиссионных центров на поверхности LAFE (рис. 1). Второй принцип — применение сканирования высоким напряжением в различных режимах питания: в медленном режиме (программируемая форма импульсов длительностью не менее 2 с) и быстром (импульсы имеют полусинусоидальную форму и частоту 50 Гц). Быстрый режим позволяет минимизировать разрушающее воздействие на катод Джоулева тепла, а также набрать статистический материал, дающий более точную оценку основных эмиссионных параметров катода — коэффициента усиления поля (FEF — field enhancement factor yeff) и площади эмиссии (эффективной площади Aeff). Третий принцип — это исследование эмиссионного процесса в режиме реального времени (real-time) путём программного управления и одновременной синхронной обработки данных эксперимента под управлением программы LabVIEW (рис. 1), включая обработку эмиссионных картин свечения с получением информации о микроскопических процессах на поверхности катода.
Наиболее близкими, но значительно более поздними аналогами данной методики являются комплексы оборудования и программного обеспечения, разработка которых ведётся в Бразилии [14] и США [15]. Элементы комплексного подхода к исследованию LAFE продемонстрированы в работе [16] (КНР), где использовался метод точного измерения межэлектродного расстояния. В работе [17] (Германия) представлена собранная установка для исследования и оптимизации LAFE для применения в источниках рентгеновского излучения.
Рис. 1. Блок-схема измерительного стенда для исследования полевых и термоэмиссионных источников электронов: I — система сканирования эмиттера высоким напряжением, подача смещения в триодном режиме (1-9);
11 — многоканальная система сбора данных (10-15); III — сбор и обработка данных в режиме реального времени в программе LabVIEW (16-20). Аппаратно-программный состав: 1 — быстрый и медленный режимы питания (DC&AC), источники высокого напряжения, источники-измерители; 2 — времяпролётные масс-спектрометры отражательного типа; 3 — аналоговые и цифровые измерители вакуума; 4 — устройства захвата изображения картин свечения и измерения межэлектродного расстояния (микроскоп USB/eScope DP-M12); 5 — устройства контактного и бесконтактного измерения температуры; 6 — блок защиты и синхронизации, цифровое и цифроаналоговое управление блоками питания; 7 — скоростные осциллографы для регистрации масс-спектрометрических данных; 8 — вакуумные установки с турбомолекулярными и магниторазрядными насосами; 9 — вакуумные манипуляторы вращения и задания межэлектродного расстояния; 10 — платы сбора и управления данными по интерфейсу SHC68 (типа DAQ PCIe NI-6351); 11 — интерфейсные платы GPIB/KPCI-488,
12 — Ethernet канал; 13 — канал передачи изображения USB 2.0; 14 — преобразователи RS485/USB СК201 15 — преобразователи RS232/USB; 16 — интерфейс программы для управления экспериментом и анализа данных 17 — программный модуль обработки В АХ; 18 — модуль обработки масс-спектрометрических данных, 19 — модуль обработки картин свечения (на основе NI-IMAQ); 20 — модуль подачи команд управления и обработки данных низкоскоростных датчиков и устройств (рисунок создан авторами)
Стендовые испытания катодов
Методика исследования эмиссионных свойств ЬАБЕ и одноострийных эмиттеров в режиме реального времени с многоканальным сбором данных описана в серии работ [13, 18]. Перечислим основной функционал измерительного стенда.
1. Регистрация ВАХ и оценка эффективных параметров эмиссионной системы и Ае^ по коэффициен-
там линейной регрессии для ВАХ, построенной в полулогарифмических координатах Фаулера-Нордгейма, Мёр-фи-Гуда и универсальных координатах
Ьп(1/ик) из 1/и (к-ротет-рЫ) с учётом функциональной зависимости площади эмиссии от поля для эмиттеров различной формы. Анализ включает в себя построение временных зависимостей величин эффективных параметров и статистических гистограмм (рис. 2).
2. Проверка соответствия ВАХ эмиттера полевому режиму — «тест на полевую эмиссию» (т. н. тест Форбса [19]). Тест проводится по трём измерениям: по значениям верхнего и нижнего напряжения диапазона измерений иир и и0от, а также по наклону графика в полулогарифмических координатах 5
fit
С помощью этих величин находятся безразмерные поля f, и f , которые
i i J low J Up> i
должны лежать в диапазоне допустимых значений. Формула для определения безразмерного поля:
f _ _ аU nU
FR FR Sfit
(1)
поле на вершине острия;
поле снятия потенциального
}2.
где Г —
= Ф2с^2
барьера; о23 = 1,44-10 9 эВ2-м/В — константа Шоттки; ф — работа выхода эмиттера, эВ;
¿фЗ/2
а — размерный ГЕГ; п = _р— = ¿с2ф-1/2;
b = 6,83409 эВ-3/2^В/м Фаулера-Нордгейма.
вторая константа
а)
б)
Рис. 2. Характеристики полевого катода на основе нанокомпозита многостенной углеродной нанотрубки (МУНТ) в полистироле: а — одиночная вольт-амперная характеристика (ВАХ) (на вставке — свечение эмиссионных центров для образца 0 1 см при расстоянии до люминофора 370 мкм), I — сила тока; П — напряжение; б — статистика флуктуации значений эффективного коэффициента усиления поля у^ (рисунок — результат исследования авторов)
3. Оценка степени стабильности амплитуды эмиссионного тока от времени (ресурсные испытания). Для получения характеристик стабильности эмиттера при перепадах напряжения строится зависимость амплитуды тока от амплитуды напряжения, которая меняется в ходе эксперимента ступенчатым образом.
4. Анализ качества поверхности ЬЛБЕ по данным обработки картин свечения и ВАХ: находятся координаты центров эмиссии и их максимальная токовая нагрузка. Полученная информация позволяет оценить количество эмиссионных центров, построить диаграммы распределения центров по углу, по радиусу, по токовой нагрузке и определить степень равномерности распределения эмиссионных центров путём сверки диаграмм с эталонными распределениями.
5. Изучение структурной стабильности эмиттера по данным масс-спектрометрического анализа: определение мгновенных спектров летучих продуктов, выделяющихся в ходе работы эмиттера, а также запись кинетики выбранных спектров масс с помощью времяпролётного масс-спектрометра отражательного типа (рис. 3).
Дополнительным функционалом измерительного стенда, который реализуется также в режиме реального времени, являются:
1) построение и анализ индивидуальных ВАХ отдельных эмиссионных центров (сопровождается получением индивидуальных эффективных характеристик и построением статистики разброса этих характеристик);
2) изучение эффекта гистерезиса ВАХ в различных режимах высоковольтного питания (при быстром и медленном сканировании высоким напряжением), получение перехода из обратного в прямой гистерезис;
3) определение степени напряжения в предэкспоненциальном множителе основного уравнения эмиссии [см. уравнение (2)] методами локального градиента и минимального отклонения [20];
4) анализ возможности оптимизации катода путём удаления нестабильных центров в результате той или иной обработки (например, высоким напряжением);
5) изучение состояния катода методом построения градуировочной сетки (в координатах «наклон-отсечка») на основе представлений о влиянии адсор-батов на измеряемую эффективную площадь эмиссии.
а)
200
I, с
б)
200
г, с
в)
Рис. 3. Масс-спектроскопические данные остаточной атмосферы при работе эмиттера большой площади на основе многостенной углеродной нанотрубки на вольфраме: а — мгновенный спектр летучих продуктов, полученный в ходе тренировки эмиттера (на вставке — эмиссионная картина свечения); б — импульсы эмиссионного тока; в — соответствующая импульсам тока кинетика выбранных масс-спектроскопических пиков; N — интенсивность масс-спектроскопических пиков в относительных единицах; т — масса иона; I — сила тока; t — время (рисунок — результат исследования авторов)
формирование Паспорта эмиссионных образцов для оптимизации технологии изготовления полевых и термополевых катодов
Как известно, существует огромное многообразие эмиссионных структур, произведённых по весьма сложной наукоёмкой технологии. В зависимости от целей и условий применения источников электронов, производится направленный синтез эмиссионных материалов. Ключевым элементом этого синтеза является определение и сравнительный анализ эмиссионных параметров новых материалов.
Разработанная методика позволяет совмещать различные подходы к исследованию ЬЛГЕ: прямые экспериментальные измерения (с одновременным анализом данных); аналитические (разработка и проверка на практике формул для релевантной обработки экспериментальных данных); трёхмерное моделирование (разработка методов обработки модельных и экспериментальных ВАХ); стохастическое компьютерное моделирование (проверка возможности получения в рамках адсорб-ционно-десорбционной модели много-острийного эмиттера эффектов, аналогичных тем, что наблюдаются в эксперименте, таких как перестройка ВАХ и изменение величин эффективных параметров). Дополнительные возможности методике добавляет разработанная программа записи и эмуляции эксперимента, с помощью которой можно находить и анализировать быстрые и случайные разрядные явления в ходе эксперимента.
Для более качественного анализа ВАХ была разработана формула общего тока полевой эмиссии с учётом функциональной зависимости площади эмиссии от приложенного напряжения (в единицах СИ):
I =
2пгЛ gn(1)
(аи)
ЛОп\ ' ркА К
аф-1(аП)2-п/6 х
х Г,п/6ехр(п)ехр
¿фЗ/2
аи
(2)
где I — эмиссионный ток, А; гЛ — радиус закругления вершины эмиттера, м; g — безразмерный параметр условной
площади эмиссии; кЛ — степень напряжения, характеризующая форму эмиттера; а = 1,5410-6 А-эВ-В-2 — первая константа Фаулера-Нордгейма. Выражение в квадратных скобках — площадь эмиссии, которая пропорциональна полю на вершине острия в характерной степени кЛ и обусловлена формой эмиттера. Для трёхмерной модели нанотрубки (модели НСР — полусферы на цилиндрическом основании), построенной в СОЫБОЬ, кЛ ~ 0,62, а для вольфрамового эмиттера (модель ЕШ полуэллипсоид вращения) кЛ ~ 1,07. Безразмерный параметр условной площади эмиссии gn также характеризует форму острия и при максимальном значении поля снятия барьера (/ = 1) принимает значения 0,55 и 0,25 для НСР и ЕШ соответственно.
На основании опыта исследования множества разнородных полевых эмиттеров (много- и одноострийных, выполненных из различных материалов) был разработан алгоритм проведения тестовых экспериментов и обработка основных эмиссионных параметров в режиме реального времени. Результатом применения алгоритма является формирование Паспорта эмиссионного образца. Паспорт содержит нижеследующие пункты.
1. Техническое задание с описанием условий проведения эксперимента. Измерения обычно проводятся при уровне вакуума не хуже технического (давление ниже, чем 5-10-7 мм рт. ст.). Эмиттер должен иметь проводящую подложку и номинальные размеры площади катода не более 20*20 мм2. Межэлектродное расстояние выставляется от 10 до 500 мкм. Установка может обеспечивать токи простой (не взрывной) полевой электронной эмиссии не менее 100 мА и уровни напряжения до 40 кВ.
2. Определение порогового напряжения ПЛг. Регистрируется начало эмиссии, которое выражается в появлении эмиссионного тока от 100 нА и/или появления одного-двух эмиссионных центров на картине свечения. Большинство ЬЛ¥Е для появления заметного эмиссионного тока (свыше 1 мкА) требуют не более 4 кВ питающего напряжения, а ЬЛ¥Е на основе одностен-ных (ОУНТ) и многостенных (МУНТ)
углеродных нанотрубок — не более 2 кВ, в зависимости от межэлектродного расстояния.
Далее измеряются основные эмиссионные параметры катода при ступенчатом увеличении напряжения с выходом на заданные уровни эмиссионного тока от 10 мкА до 1 мА, и выше.
3. Кинетика переходных процессов. После резкого изменения уровня напряжения регистрируется временная зависимость уровня тока, который плавно выходит на уровень относительной стабильности. Эти переходные процессы связаны с изменением на поверхности эмиттера адсорбционно-десорбционного баланса частиц остаточной атмосферы, которые меняют работу выхода эмиссионных центров.
4. Ресурсные испытания. После выхода системы на относительно стабильный уровень тока Г для заданного промежутка времени (например, 600 с) выполняется оценка временной стабиль-
/тах - /т.п
ности по формуле: 5 =----100%,
максимальное,
где I , I . , I
^ max min mean
минимальное и среднее значения силы тока. Также проводятся длительные ресурсные испытания (от одного часа и далее).
5. Статистика эффективных параметров. После перехода эмиттера в режим стабильности для каждого уровня тока I выполняется регистрация и онлайн-обработка ВАХ в координатах Фаулера-Нордгейма, Мёрфи-Гуда и других полулогарифмических координатах: не менее 1 000 ВАХ в быстром режиме, и до 100 ВАХ
в медленном. По результатам расчётов в режиме онлайн строится статистика разброса и определение средних значений эффективных площади эмиссии и коэффициента усиления поля.
6. Тест на полевую эмиссию. Полученные ВАХ (в быстром и медленном режимах сканирования) проверяются на соответствие диапазону полей глубокого туннелирования.
7. Оценка равномерности эмиссионной поверхности катода. Для образцов не менее 5 мм в диаметре осуществляется анализ эмиссионных картин свечения с оценкой количества эмиссионных центров и оценкой равномерности их распределения.
8. Построение локальной ВАХ. Дополнительно для образов, прошедших тест Форбса, строятся локальные ВАХ отдельных эмиссионных центров и рассчитываются локальные эффективные площади эмиссии и ЕЕЕ.
9. Режим больших токов. В режиме больших токов эмиссии регистрируются эмиссионные характеристики и оценивается структурная стабильность эмиттера с одновременной регистрацией кинетики летучих продуктов. В режиме холодной полевой эмиссии температура катода является комнатной. Однако выделение мощности на аноде в режиме больших токов эмиссии может приводить к его значительному нагреву (до нескольких сот градусов Цельсия). Кинетика спектра летучих продуктов отражает термодесорбционные процессы на аноде,
Примечание: и&г — пороговое напряжение; — А* — эффективная площадь.
Заключение
Разработана методика комплексного анализа свойств источников свободных электронов — полевых и термополевых катодов. С помощью этой методики нами были исследованы несколько десятков различных типов эмиттеров, относящихся к разным классам и с разными технологиями изготовления: ориентированные и неориентированные, регулярные и стохастические, твердотельные и жидкометалли-
а также термодеструкцию материала эмиттера в результате Джоулева нагрева эмиссионных центров.
10. Продвинутый анализ экспериментальных ВАХ. При прохождении теста на полевую эмиссию на заданных уровнях тока I дополнительно проводится анализ вольт-амперных характеристик с целью определения степени напряжения в режиме реального времени в предэкспоненциаль-ном множителе основного уравнения полевой эмиссии.
Перечисленные выше измерения выполняются как в диодном режиме (анод-катод), так и в режиме триода (при наличии катодно-сеточного узла на образце). В таблице приведены характерные эмиссионные параметры, полученные для нескольких типов плоских многоострийных эмиттеров.
ческие, углеродные, металлические и полупроводниковые, много- и одно-острийные. Количество обрабатываемых за один рабочий день экспериментальных данных составляет порядка ста тысяч ВАХ. Объём статистической информации о свойствах ЕАЕЕ, реализованный на установке, не имеет аналогов. Основная цель методики заключается в проведении технологической оптимизации перспективных источников электронов для вакуумной наноэлектроники и космических
Основные эмиссионные параметры LAFE из наноструктурированных материалов (межэлектродное расстояние 370 мкм, диодный режим)
Основные эмиссионные параметры Нанокомпозит ОУНТ /полимер Нанокомпозит МУНТ /полимер Массив МУНТ на "-подложке Нанокомпозит графен /полимер
Размер катода 01 см 01 см 0,6x1,3 см2 01 см
иЛг (начало эмиссии), В 600 900 1 000 3 000
Эмиссионный ток при 5 - 3% (10 мин), мА 3,0 3,0 1,5 0,5
5 (60 мин), % 5 5 10 20
V 1 700 900 700 400
А „ нм2 * 10 000 >100000 50 000 15 000
Рабочий диапазон полей / (тест Форбса) 0,25...0,35 0,3.0,4 0,3.0,45 0,35.0,5
Количество центров эмиссии 1 000 800 500 100
Предельные токи в режиме 50 Гц, мА 50 30 3 1,5
временная стабильность; у* — коэффициент усиления поля;
аппаратов, где к изделиям предъявляются особые требования на радиационную и термическую стойкость, а также требуется длительный срок службы.
Список литературы
1. Su L.L., Jorns B.A. Performance comparison of a 9-kW magnetically shielded Hall thruster operating on xenon and krypton // J. of Applied Phys. 2021. V. 130. № 16. P. 163306-1-17. URL: https://doi.org/10.1063/5.0066849 (accessed 11.12.2022).
2. Levchenko 1.1., Xu S., Teel G., Mariotti D., Walker M.L.R., Keidar M. Recent progress and perspectives of space electric propulsion systems based on smart nanomaterials // Nature communications. 2018. V. 9. № 879. P. 1-19. URL: https://doi.org/10.1038/s4146 7-01702269-7 (accessed 11.12.2022).
3. Yamamoto N., Morita T., Ohkawa Y., Nakano M, Funaki I. Ion thruster operation with carbon nanotube field emission cathode // J. of Propulsion and Power. 2018. V. 35(2). P. 1-4. URL: https://doi.org/10.2514/1B37214 (accessed 11.12.2022).
4. Aplin K.L., Kent B.J., Castelli C., Song W. Field emission performance of macro scopically gated multiwalled carbon nanotubes for a spacecraft neutralizer // 30th Int. Electric Prop. Conf. 2007. P. 123-1-6.
5. Laufer P., Tajmar M. CNT-based cold electron source for space applications on nanosatellites // 36th Int. Electric Prop. Conf. 2019. P. 1-7.
6. Yang C, Velasquez-Garcia L.F. Low-cost, additively manufactured electron impact gas ionizer with carbon nanotube field emission cathode for compact mass spectrometry // J. of Phys. D: Appl. Phys. 2019. V. 52. P. 075301-1-9. URL: https:// doi.org/10.1088/1361-6463/aaf198 (accessed 11.12.2022).
7. Ohkawa Y., Okumura T., Iki K., Okamoto H., Kawamoto S. Operation of a carbon nanotube field-emission cathode in low Earth orbit // JVST B. 2019. V. 37(2). P. 022203-1-4. URL: https://doi. org/10.1116/1.5067299 (accessed 11.12.2022).
8. Ярыгин В.И. Ядерная энергетика прямого преобразования в космических миссиях XXI в. // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2013. Вып. 2. С. 5-20. EDN: RTBLGZ
9. Go D.B., Haase J.R., George J., Mannhart J., Wanke R., Nojeh A., Nemanich R. Thermionic energy conversion in the twenty-first century: advances and opportunities for space and terrestrial applications // Frontiers in Mechanical Engineering. 2017. V. 3. P. 1-17. URL: h ttps ://doi. o rg/10.3389/fmech.2017.00013 (accessed 11.12.2022).
10. Синявский В.В. Методы и средства экспериментальных исследований и реакторных испытаний термоэмиссионных электрогенерирующих сборок. М.: Энергоатомиздат, 2000. 375 с.
11. Кузнецов В.И., Бабанин В.И., Па-щина А. С. Экспериментальные исследования бессеточного сильноточного модулятора на основе термоэмиссионного диода для космических систем преобразования тока // Космическая техника и технологии. 2017. № 1(16). С. 103-113. EDN: YTWBET
12. Синявский В.В. Электроракетные транспортные аппараты в различных схемах пилотируемых полётов к Марсу // Космическая техника и технологии. 2022. № 4(39). С. 58-93. EDN: AOGRDD
13. Popov E.O., Kolosko A.G., Filippov S.V., Terukov E.I., Ryazanov R.M., Kitsyuk E.P. Comparison of macroscopic and microscopic emission characteristics of large area field emitters based on carbon nanotubes and graphene // JVST B. 2020. V. 38. № 4. P. 043203-1-10. URL: https ://do i.org/10.1116/6.0000072 (accessed 11.12.2022).
14. Kopelvski M.M., Galeazzo E., Peres H.E., Ramirez-Fernandez F.J., Dantas M.O. Potentialities of a new dedicated system for real time field emission devices characterization: a case study // 4th INSCIT. 2019. P. 1-5. URL: https:// doi.org/10.1109/INSCIT.2019.8868705 (accessed 11.12.2022).
15. Posos T.Y., Fairchild S.B., Park J., Baryshev S.V. Field emission microscopy of carbon nanotube fibers: Evaluating and interpreting spatial emission // JVST B. 2020. V. 38. № 2. P. 024006-1-9. URL: https://doi.org/10.1116/1.5140602 (accessed 11.12.2022).
16. Wu L, Pei X, Cheng Y, Sun W., Wang Y., Dong M., Xi Z., Sun J. A field emission performance test device for continuous adjustment of the electrode spacing in the vacuum system // Meas. Sci. and Tech. 2018. V. 30. № 1. P. 015015-1-9.
URL: 10.1088/1361-6501/aaefel (accessed 11.12.2022).
17. Serbun P., Porshyn V., Müller G., Lützenkirchen-Hecht D. Advanced field emission measurement techniques for research on modern cold cathode materials and their applications for transmission -type x-ray sources // Rev. of Sci. Instr. 2020. V. 91(8). P. 083906-1-19. URL: https://doi.org/10.1063/5.0018225 (accessed 11.12.2022).
18. Попов Е.О., Колосько А.Г., Филиппов С.В., Романов П.А., Федичкин И.Л. Масс-спектрометрическая комплексная методика исследования полевых и термических свойств нанокомпозиционных материалов / / Наноматериалы и наноструктуры - XXI век. 2016. Т. 7. № 1. С. 14-26. EDN: VTZHKH
19. Kolosko A.G., Filippov S.V., Romanov P.A., Popov E.O., Forbes R.G. Real-time implementation of the "orthodoxy
test" for conformity of current-voltage characteristics with classical field electron emission theory // JVST B. 2016. V. 34(4). P. 041802-1-7. URL: https://doi.org/10.1116/ 1.4946834 (accessed 11.12.2022).
20. Forbes R.G., Popov E.O., Kolosko A.G., Filippov S.V. The pre-exponential voltage-exponent as a sensitive test parameter for field emission theories // Royal Society open science. 2021. V. 8(3). P. 201986-1-19. URL: https://doi.org/10.1098/rsos.201986 (accessed 11.12.2022).
21. Filippov S.V., Kolosko, A.G., Popov E.O., Forbes R.G. Behavior of notional cap-area efficiency (gn) for hemisphere-on-plane and related field emitters // 34th IVNC. IEEE. 2021. P. 122-123. URL: https://doi.org/10.1109/ IVNC52431.2021.9600792 (accessed 11.12.2022). Статья поступила в редакцию 26.09.2022 г. Окончательный вариант — 12.12.2022 г.
References
8. Yarygin VI. Yadernaya energetika pryamogo preobrazovaniya v kosmicheskikh missiyakh XXI veka [Nuclear power of direct conversion in space missions of the 21st century]. Izvestiya vuzov. Yadernaya energetika. 2013; 2: 5-20. Available from: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=21069113 (accessed 11.12.2023) (in Russian).
10. Sinyavskiy VV. Metody i sredstva eksperimental'nykh issledovanii i reaktornykh ispytanii termoemissionnykh elektrogeneriruyushchikh sborok [Methods and techniques of experimental studies and reactor tests of thermionic power generating assemblies]. Moscow: Energoatomizdat; 2000 (in Russian).
11. Kuznetsov VI, Babanin VI, Pashchina AS. Eksperimental'nye issledovaniya bessetochnogo sil'notochnogo modulyatora na osnove termoemissionnogo dioda dlya kosmicheskikh sistem preobrazovaniya toka [Experimental studies of thermionic diode-based gridless high-current modulator for space current conversion systems]. Space Engineering and Technology. 2017; 1(16): 103-113. Available from: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=29422304 (accessed 11.12.2023) (in Russian).
12. Sinyavskiy VV. Elektroraketnye transportnye apparaty v razlichnykh skhemakh pilotiruemykh poletov k Marsu [Electrically propelled transportation spacecraft in various scenarios of manned mission to Mars]. Space Engineering and Technology. 2022; 4(39): 58-93. Available from: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=50119878 (accessed 11.12.2023) (in Russian).
18. Popov EO, Kolosko AG, Filippov SV, Romanov PA, Fedichkin IL. Mass-spektrometricheskaya kompleksnaya metodika issledovaniya polevykh i termicheskikh svoistv nanokompozitsionnykh materialov [Mass-spectrometric complex investigation method for field emission and thermal properties of composite materials]. Nanomaterials and Nanostructures - XXI Century. 2016; 7(1): 14-26.
