Capilaritrón

Un capilaritrón es un dispositivo para crear rayos de iones y átomos.

El capilaritrón, cuyo concepto básico se publicó en 1981, consta de un fino capilar metálico por el que fluye un gas que actúa como ánodo y un cátodo de extracción concéntrico con una abertura de salida. El flujo de gas a través del capilar se extrae cuando un alto voltaje (generalmente unos pocos kilovoltios ) es ionizado por electrones libres y electrones secundarios , que se aceleran hacia el ánodo (véase también ionización por impacto ). Los iones con carga positiva se aceleran en el campo eléctrico y forman un haz de iones detrás de la abertura del cátodo de extracción. ^{[ 1 ]} Debido a los procesos de recombinación e intercambio de carga en el plasma , el haz también está compuesto parcialmente por átomos sin carga . ^{[ 2 ]}

El capilar suele estar compuesto de materiales resistentes, como el tungsteno . Un desarrollo posterior, a partir de 1992, es el capilaritrón de cuarzo. En este caso, el capilar está compuesto de cuarzo , un material aislante eléctrico , en el que se inserta un hilo metálico para generar el potencial del ánodo. ^{[ 3 ]} La ventaja reside en la producción más sencilla, flexible y económica de capilares de cuarzo con un diámetro interior predeterminado , que, a diferencia de los capilares metálicos, no necesitan ser perforados , sino que pueden ser grabados electroquímicamente o fabricados por un soplador de vidrio . ^{[ 3 ]}

Por regla general, se utiliza gas inerte como gas de operación, ya que este solo experimenta una reacción química mínima con los demás materiales involucrados. Sin embargo, un capilaritrón también funciona con hidrógeno , nitrógeno o incluso aire . ^{[ 4 ]}

Con haces de iones de capilaritrones, se alcanzan densidades de corriente de hasta 10 kiloamperios por milímetro cuadrado y corrientes de haz de varios miliamperios. ^{[ 5 ]} 

Mediante el enfoque con óptica iónica , se pueden generar haces con alta densidad de potencia en alto vacío , que también se pueden utilizar para procesar superficies de forma selectiva. ^{[ 6 ]}

Los capilaritrones están disponibles comercialmente. ^{[ 7 ]}

Los haces de iones y átomos pueden utilizarse para pulverizar superficies en grandes áreas, y el material pulverizado puede emplearse para la deposición de películas delgadas . ^{[ 8 ] [ 6 ]} Los haces atómicos también pueden utilizarse para procesar superficies aislantes. Al utilizar haces de iones, dichas superficies se cargarían electrostáticamente , lo que ralentiza los iones antes de que impacten contra la superficie. ^{[ 9 ]}

Además, el capilaritrón como fuente de átomos puede utilizarse para espectrometría de masas . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Los capilaritrones también son adecuados para aplicaciones de aceleradores . ^{[ 12 ]}

• John F. Mahoney, Julius Perel, A. Theodore Forrester: Capilaritrón: una nueva y versátil fuente de iones. En: Appl. Phys. Lett. 38, 1981, págs. 320–322 ( doi : 10.1063/1.92355 ).
• Julius Perel, John F. Mahoney, Bernard Kalensher: Investigación de la fuente de iones Capilaritrón para propulsión eléctrica , AIAA , 15.ª Conferencia Internacional de Propulsión Eléctrica de 1981, Las Vegas, EE. UU., publicado en línea el 17 de agosto de 2012 ( doi : 10.2514/6.1981-747 ).
• Julius Perel: Fuente de iones para carga útil de cohetes , 6.º informe trimestral de situación, Laboratorio de Geofísica de la Fuerza Aérea, Pasadena, EE. UU., agosto de 1983.
• Roland Hanke, Helmut Knapp, Detlef Rübesame, Stephan Wege, Heinz Niedrig: Una fuente de iones de capilaritrón como sistema de triodo acoplado con una lente einzel. , En: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research , Sección B: Interacciones de haces con materiales y átomos , Volúmenes 59–60, Parte 1, 1 de julio de 1991, Páginas 135-138 ( doi : 10.1016/0168-583X(91)95193-H ).
• Markus Bautsch, Patrik Varadinek, Stephan Wege, Heinz Niedrig: una fuente de capilaritrón de cuarzo compacta y económica. En: J. Vac. Ciencia. Tecnología. A. 12, núm. 2, 1994, págs. 591–593 ( doi : 10.1116/1.578839 ).