16
раничен.
Ионные двигатели. Ионизация вещества. Если в элек-
тронагревном ЭРД вещество в области ускорения (соп-
ло) остается неионизованным, то в ионных двигателях
ситуация резко отличная. Здесь в зоне ускорения нахо-
дятся только электрически заряженные частицы — ионы
одного знака (см. рис. 3). Существующие ионные дви-
гатели различаются между собой прежде всего методом
«приготовления» ионов, т. е. ионизационными камерами.
Напомним, что процесс ионизации нейтрального ато-
ма сводится либо к отрыву от него электрона, либо, на-
оборот, к присоединению электрона. В настоящее вре-
мя в ЭРД используется только первая схема ионизации.
Энергия, необходимая для отрыва электрона, характе-
ризуется «потенциалом ионизации» который измеря-
ется в вольтах. Сама же энергия, необходимая для
ионизации одного атома, равна элементарному заряду,
умноженному на потенциал ионизации. Потенциалы
ионизации наиболее часто применяемых в ЭРД веществ
23
следующие: Li — 5,4 В; Cs — 3,9 В; Hg — 10,5 В; Хе —
12 В.
Для современных ЭРД представляют интерес два
ионизационных механизма. Первый из них — это иони-
зация электронным ударом, когда достаточно энергич-
ный электрон ударяет по атому и выбивает из него дру-
гой электрон. Однако электроны при ударе об атом не
обязательно его ионизуют. Они могут упруго отразить-
ся или только возбудить атом. Все это приводит к тому,
что реальные затраты на образование иона значительно
превосходят потенциал ионизации и в тщательно отра-
ботанных системах составляют обычно величину поряд-
ка 50—100 эВ на ион. Энергию, необходимую для полу-
чения одного иона, называют ценой иона 1 .
Второй способ ионизации — это ионизация атомов
при контакте их с твердым телом. Она имеет место,
когда работа выхода электрона W (т. е. энергия отры-
ва электрона от поверхности эмиттера) больше работы
(энергии) ионизации данного атома. Для вольфрама
W = 4,5 эВ, а для цезия работа ионизации равна 3,9 эВ.
Поэтому вольфрам как бы «всасывает» в себя электрон
атома цезия, превращая его в ион. Образовавшийся ион
остается некоторое время на поверхности вольфрама, по-
ка «дрожащая» за счет теплового движения поверхность
не сбросит его. Из этой картины повер1Хностной иониза-
ции непосредственно следует, что эмиттер (в данном
случае вольфрам) должен быть подогрет. В противном
случае он покроется слоем прилипших ионов цезия, и
работа выхода поверхности резко уменьшится, а ее
ионизационная способность исчезнет. Оказывается, для
пары вольфрам—цезий рабочая температура поверхно-
сти должна быть около 1500°К. В связи со сказанным
ионные двигатели делятся на две группы: с объем-
ной ионизацией (ПИД) и с контактной ионизацией