RU170029U1

RU170029U1 - DEVICE FOR CREATING A METAL PLASMA FLOW

Info

Publication number: RU170029U1
Application number: RU2016148539U
Authority: RU
Inventors: Ольга Ивановна Шипилова; Николай Вениаминович Астраханцев; Николай Валентинович Лебедев; Виктор Львович Паперный
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2017-04-12

Abstract

Предполагаемая полезная модель относится к устройствам для создания потока металлической плазмы.Достигнутый технический эффект: возможность регулирования направленной энергии ионов потока металлической плазмы в более широком диапазоне величин без ухудшения характеристик источника, а также возможность регулирования ширины энергетического спектра ионов.Улучшение характеристик устройства для создания потока металлической плазмы достигают путем замены источника разрядного напряжения прототипа источником, который поддерживает постоянным ток разряда в диапазоне рабочих напряжений разряда.The proposed utility model relates to devices for creating a flow of metal plasma. Achieved technical effect: the ability to control the directed energy of ions of a stream of metal plasma in a wider range of values without deteriorating the characteristics of the source, as well as the ability to control the width of the energy spectrum of ions. plasma is achieved by replacing the discharge voltage source of the prototype with a source that supports the discharge current in the range of the operating voltage of the discharge.

Description

Предполагаемая полезная модель относится к устройствам для создания потока металлической плазмы. Такие устройства широко применяются в технологических задачах: для нанесения покрытий различных типов, в задачах сепарации по массам ионов многокомпонентных плазменных потоков, в качестве реактивных плазменных микродвигателей, предназначенных для коррекции орбиты космических аппаратов и др. Для этих применений существенную роль играет вид энергетического спектра ионов плазменного потока, создаваемого устройством. В частности, (а) структурные и эксплуатационные характеристики покрытий, создаваемых с помощью плазменных источников, существенно зависят от вида энергетического спектра ионов плазменного потока; (б) метод плазменной масс-сепарации эффективен лишь при условии достаточно большой направленной энергии сепарируемого плазменного потока и малой ширине энергетического спектра ионов; (в) аналогичные требования предъявляются к источнику металлической плазмы, используемому в качестве плазменного микродвигателя.The proposed utility model relates to devices for generating a flow of metal plasma. Such devices are widely used in technological problems: for applying coatings of various types, in problems of mass separation of ions of multicomponent plasma flows, as jet plasma micromotors designed to correct the orbit of spacecraft, etc. For these applications, the form of the energy spectrum of plasma ions plays an important role stream created by the device. In particular, (a) the structural and operational characteristics of coatings created using plasma sources substantially depend on the type of energy spectrum of the plasma flow ions; (b) the method of plasma mass separation is effective only if a sufficiently large directed energy of the separated plasma stream and a small width of the energy spectrum of ions; (c) similar requirements are imposed on a source of metal plasma used as a plasma micromotor.

Известны различные типы плазменных устройств, генерирующих потоки металлической плазмы, наиболее широко используемыми являются лазерные распылительные системы, магнетронные разряды, а также вакуумно-дуговые разряды различных типов. Лазерные системы генерируют интенсивные потоки металлической плазмы для широкого диапазона материалов распыляемой мишени, однако они сложны в эксплуатации, весьма дороги и имеют невысокую производительность. Недостатком магнетронных распылительных систем является небольшая направленная энергия генерируемых ионов, для основной части ионов не превышающая 10 эВ. Этого недостатка лишены вакуумно-дуговые источники с контрагированными катодными пятнами, которые в стационарном режиме работы генерируют плазменные потоки с энергией ионов в диапазоне нескольких десятков электрон-вольт. В импульсном режиме работы такого источника генерируемых энергия ионного потока превышает 100 эВ. Однако в источнике этого типа до 80% материала катода переносится в виде микрокапель, что существенно ухудшает параметры получаемых покрытий, а также характеристики плазменного микродвигателя и метода масс-сепарации плазменного потока на основе этого источника. Кроме того, во всех рассмотренных типах источников велика ширина энергетического спектра ионов, превышающая 30% значения средней энергии, причем в спектре присутствуют значительные (десятки процентов) «хвосты» частиц с энергией, в несколько раз большей средней энергии. Существенным недостатком является также невозможность варьирования этих параметров спектров, которые зависят лишь от материала катода и практически не зависят от регулируемых характеристик разряда (тока и напряжения).Various types of plasma devices generating metallic plasma flows are known, the most widely used are laser spray systems, magnetron discharges, as well as vacuum-arc discharges of various types. Laser systems generate intense flows of metal plasma for a wide range of materials of the sprayed target, however, they are difficult to operate, very expensive and have low productivity. The disadvantage of magnetron sputtering systems is the small directed energy of the generated ions, for the bulk of the ions not exceeding 10 eV. This disadvantage is deprived of vacuum-arc sources with counterparted cathode spots, which in stationary operation generate plasma flows with ion energies in the range of several tens of electron-volts. In the pulsed mode of operation of such a generated source, the ion flux energy exceeds 100 eV. However, in a source of this type up to 80% of the cathode material is transferred in the form of microdrops, which significantly worsens the parameters of the resulting coatings, as well as the characteristics of the plasma micromotor and the method of mass separation of the plasma flow based on this source. In addition, in all considered types of sources the width of the energy spectrum of ions is large, exceeding 30% of the average energy value, and the spectrum contains significant (tens of percent) “tails” of particles with an energy several times higher than the average energy. A significant drawback is the impossibility of varying these spectral parameters, which depend only on the cathode material and practically do not depend on the adjustable characteristics of the discharge (current and voltage).

Известен вакуумно-дуговой источник потока металлической плазмы с катодным пятном диффузионного типа [Паранин С.Н. и др. Теплофизика высоких температур (1986) Т. 24. №3. С. 482.], который выберем в качестве аналога. Источник состоит из накаливаемой спирали, питание которой обеспечивается накальным блоком; катода-тигля с рабочим материалом (металлом); между спиралью и катодом приложено напряжение от высоковольтного блока. Катод присоединен к отрицательному выходу блока питания разряда, положительный выход источника присоединен к кольцевому аноду. Источник работает следующим образом. Спираль нагревается до температуры электронной эмиссии, приложенное между спиралью и катодом-тиглем высокое напряжение Ua обеспечивает протекание между ними тока, нагревающего катод до температуры, при которой возникают процессы электронной эмиссии и испарения атомов с поверхности рабочего материала. Эмитированные электроны ионизуют атомы, так что в вблизи катода образуется плазма, и в цепи катод-анод начинает протекать разрядный ток, поддерживаемый блоком. Разряд имеет диффузный вид и горит на всей поверхности катода. Поток металлической плазмы проходит через отверстие в аноде, расширяется в рабочий объем, и может быть использован для различных приложений. Источник обеспечивает высокую степень ионизации плазмы и отсутствие микрокапель материала катода в плазменном потоке, однако недостатком источника является низкая энергия ионов материала катода, не превышающая 10 эВ. Кроме того, отсутствует возможность варьирования параметров энергетического спектра ионов плазменного потока.Known vacuum-arc source of a stream of metal plasma with a cathode spot of diffusion type [Paranin S.N. and other Thermophysics of high temperatures (1986) T. 24. No. 3. P. 482.], which we will choose as an analogue. The source consists of an incandescent spiral, the power of which is provided by an incandescent block; Crucible cathode with working material (metal); Between the coil and the cathode, voltage is applied from the high-voltage unit. The cathode is connected to the negative output of the discharge power supply, the positive output of the source is connected to the annular anode. The source works as follows. The spiral is heated to the temperature of electron emission, a high voltage U a applied between the coil and the cathode-crucible ensures the flow of current between them, heating the cathode to a temperature at which the processes of electron emission and evaporation of atoms from the surface of the working material occur. The emitted electrons ionize the atoms, so that a plasma is formed in the vicinity of the cathode, and the discharge current supported by the block begins to flow in the cathode-anode circuit. The discharge has a diffuse shape and burns on the entire surface of the cathode. The flow of metal plasma passes through the hole in the anode, expands into the working volume, and can be used for various applications. The source provides a high degree of plasma ionization and the absence of microdrops of the cathode material in the plasma stream, however, the source of the source is the low ion energy of the cathode material, not exceeding 10 eV. In addition, there is no possibility of varying the parameters of the energy spectrum of the plasma flow ions.

Известен ионный источник с холодным катодом [Патент РФ №2299489 H01J 27/04 2007 г.], содержащий плазменный катод, электродная система которого включает полый катод тлеющего разряда, поджигающий электрод и анодную сетку, и генератор плазмы, включающий основной анод и экранную сетку с отверстиями для извлечения ионов, электрически соединенную с анодной сеткой и находящуюся под отрицательным потенциалом относительно основного полого анода, на поверхности которого установлена система постоянных магнитов для формирования многополюсного периферийного магнитного поля. Анодная сетка установлена на обращенном к основному аноду торце полого анода тлеющего разряда.Known ion source with a cold cathode [RF Patent No. 2299489 H01J 27/04 2007], containing a plasma cathode, the electrode system of which includes a hollow cathode glow discharge, igniting the electrode and the anode grid, and a plasma generator including the main anode and the screen grid with holes for the extraction of ions, electrically connected to the anode grid and at a negative potential relative to the main hollow anode, on the surface of which a permanent magnet system is installed to form a multipolar peripherally th magnetic field. The anode grid is installed on the end face of the hollow anode of the glow discharge facing the main anode.

Известен источник широкоапертурных ионных пучков [Патент РФ №237084 H01J 27/04, 2008 г.], содержащий плазменный катод на основе тлеющего разряда, электродная система которого включает полый катод, поджигающий электрод и анодную сетку, установленную напротив выходной апертуры полого катода, и плазменную камеру, в состав которой входят стержневой анод и полый цилиндрический эмиттерный электрод с отверстиями, предназначенными для извлечения ионов, электрически соединенный с анодной сеткой и находящийся под отрицательным потенциалом относительно стержневого анода. Эффективная ионизация газа и генерация плотной плазмы обеспечиваются при определенном соотношении площадей стержневого анода и полого эмиттерного электрода, величина которого зависит от среднего числа ионизаций, совершаемых инжектированным быстрым электроном.A well-known source of wide-aperture ion beams [RF Patent No. 237084 H01J 27/04, 2008], containing a glow-discharge-based plasma cathode, the electrode system of which includes a hollow cathode, a firing electrode and an anode grid mounted opposite the hollow cathode output aperture, and a plasma a chamber, which includes a rod anode and a hollow cylindrical emitter electrode with holes designed to extract ions, electrically connected to the anode grid and being at a negative potential relative to terzhnevogo anode. Efficient gas ionization and dense plasma generation are ensured at a certain ratio of the areas of the rod anode and the hollow emitter electrode, the value of which depends on the average number of ionizations performed by the injected fast electron.

Ближайшим аналогом, который мы выберем в качестве прототипа, является устройство для создания потока металлической плазмы на основе разряда с горячим анодом [A.G. Borisenko, Yu.S. Podzirei/Problems of atomic science and technology. 2015, №1. Series: Plasma Physics (21), p. 177-180]. Устройство содержит катод, выполненный в виде кольца из тугоплавкого материала; анод, выполненный в виде тигля из тугоплавкого материала, в который помещается рабочее вещество; дополнительный ионизирующий электрод, выполненный в виде кольца; все электроды расположены соосно вертикальной оси при этом катод и ионизирующий электрод расположены над анодом; электроды помещены в магнитное поле, силовые линии которого направлены вдоль оси электродов.The closest analogue, which we will choose as a prototype, is a device for creating a flow of metal plasma based on a discharge with a hot anode [A.G. Borisenko, Yu.S. Podzirei / Problems of atomic science and technology. 2015, No. 1. Series: Plasma Physics (21), p. 177-180]. The device comprises a cathode made in the form of a ring of refractory material; an anode made in the form of a crucible from a refractory material into which a working substance is placed; an additional ionizing electrode made in the form of a ring; all electrodes are located coaxially with the vertical axis, while the cathode and ionizing electrode are located above the anode; the electrodes are placed in a magnetic field, the lines of force of which are directed along the axis of the electrodes.

Устройство работает следующим образом. Катод разогревается от источника накального напряжения до температуры электронной эмиссии. Между катодом и анодом прикладывается разрядное напряжение Ua от источника, отрицательный выход которого присоединен с заземленному рабочему объему. Источник имеет падающую вольт-амперную характеристику, при этом разряд горит в широком диапазоне напряжений и токов: Ua = 80-180 В и 35-12 А, соответственно, причем с увеличением тока разряда (уменьшением разрядного напряжения Ua, соответственно) растет концентрация плазмы. Для увеличения концентрации плазмы прикладывают напряжение к дополнительному ионизирующему электроду. Направленную энергию ионов плазменного потока регулируют путем изменения напряжения Ua с помощью источника разрядного напряжения, при этом поддерживают постоянным напряжение ионизирующего электрода. При увеличении напряжения Ua до 180 В и, соответственно, уменьшению разрядного тока до 12 А, энергия ионов возрастает до 100 эВ, при этом ширина на полувысоте ионного энергетического спектра составляет около 50 эВ.The device operates as follows. The cathode is heated from an incandescent voltage source to an electron emission temperature. Between the cathode and the anode, a discharge voltage U a is applied from a source whose negative output is connected to a grounded working volume. The source has a falling current-voltage characteristic, while the discharge burns in a wide range of voltages and currents: U a = 80-180 V and 35-12 A, respectively, and with increasing discharge current (decreasing the discharge voltage U a , respectively), the concentration increases plasma. To increase the plasma concentration, a voltage is applied to an additional ionizing electrode. The directed energy of the plasma flow ions is controlled by changing the voltage U a using a discharge voltage source, while maintaining the voltage of the ionizing electrode constant. When the voltage U a increases to 180 V and, accordingly, the discharge current decreases to 12 A, the ion energy increases to 100 eV, and the width at half maximum of the ion energy spectrum is about 50 eV.

Устройство создает поток металлической плазмы с регулируемой направленной энергией ионов.The device creates a stream of metal plasma with controlled directed ion energy.

Недостатком устройства является то, что увеличение энергии ионов осуществляют путем увеличения разрядного напряжения, т.е. уменьшения тока разряда. Это приводит к соответствующему уменьшению концентрации плазмы, что означает ухудшение характеристик источника. Максимальную энергию ионов получают при максимальном напряжении, т.е. минимальном токе разряда, и дальнейшее увеличение энергии невозможно, т.к. ток разряда уменьшается ниже порогового значения и разряд прекращается. Это ограничивает диапазон регулирования направленной энергии ионов. Вторым недостатком источника является невозможность регулирования ширины энергетического спектра.The disadvantage of this device is that the increase in ion energy is carried out by increasing the discharge voltage, i.e. decrease in discharge current. This leads to a corresponding decrease in plasma concentration, which means a deterioration in the characteristics of the source. The maximum ion energy is obtained at maximum voltage, i.e. minimum discharge current, and a further increase in energy is impossible, because the discharge current decreases below a threshold value and the discharge stops. This limits the range of regulation of directed ion energy. The second disadvantage of the source is the inability to control the width of the energy spectrum.

Задачей предполагаемого изобретения является создание устройства для создания потока металлической плазмы с улучшенными характеристиками, в котором направленную энергию ионов плазменного потока регулируют путем изменения напряжения, подаваемого на электрод, причем таким способом, что при этом не уменьшается концентрация плазмы, и нет ограничений сверху для диапазона регулирования энергии потока. Устройство также должно обеспечивать регулирование ширины энергетического спектра ионов плазменного потока.The objective of the proposed invention is to provide a device for creating a stream of metal plasma with improved characteristics, in which the directed energy of the ions of the plasma stream is controlled by changing the voltage supplied to the electrode, in such a way that the plasma concentration is not reduced, and there are no upper restrictions on the control range energy flow. The device should also provide for the regulation of the width of the energy spectrum of the ions of the plasma stream.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для создания потока металлической плазмы, содержащем катод, находящийся под потенциалом заземленного рабочего объема, выполненный в виде кольца из тугоплавкого материала, разогреваемого от источника накального напряжения до температуры электронной эмиссии; анод, выполненный в виде тигля из тугоплавкого материала, в который помещается рабочее вещество, к аноду прикладывается положительное относительно катода напряжение от источника питания разряда; ионизирующий электрод, выполненный в виде кольца, на который подается положительное относительно катода напряжение от дополнительного источника питания; все электроды расположены соосно вертикальной оси при этом катод и ионизирующий электрод расположены над анодом; электроды помещены в магнитное поле, силовые линии которого направлены вдоль оси электродов, в качестве источника питания разряда используют источник, поддерживающий постоянный ток разряда при изменении анодного напряжения в рабочем диапазоне значений.This goal is achieved by the fact that in the device for creating a flow of metal plasma containing a cathode located at the potential of the grounded working volume, made in the form of a ring of refractory material, heated from a source of voltage to the temperature of electron emission; an anode made in the form of a crucible made of a refractory material into which a working substance is placed, a voltage positive from the cathode of the discharge power is applied to the anode; an ionizing electrode made in the form of a ring to which a voltage positive relative to the cathode is supplied from an additional power source; all electrodes are located coaxially with the vertical axis, while the cathode and ionizing electrode are located above the anode; the electrodes are placed in a magnetic field, the lines of force of which are directed along the axis of the electrodes; a source that maintains a constant discharge current when the anode voltage changes in the operating range of values is used as a discharge power source.

Схема устройства приведена на Фиг. 1.The device diagram is shown in FIG. one.

Устройство включает катод 1, выполненный в виде кольца из тугоплавкого материала; анод 2, выполненный в виде тигля из тугоплавкого материала, в который помещается рабочее вещество 3; дополнительный ионизирующий электрод 4, выполненный в виде кольца; все электроды расположены соосно вертикальной оси при этом катод и ионизирующий электрод расположены над анодом. Катод соединяют с источником накального напряжения 5. Между катодом и анодом прикладывается разрядное напряжение Ua от источника 6, при этом отрицательный выход источника соединяют с заземленным рабочим объемом. Систему электродов помещают в магнитное поле B_z, силовые линии которого направлены параллельно оси электродов. К дополнительному ионизирующему электроду прикладывают напряжение от источника 7. Система электродов помещается в магнитное поле, создаваемое соленоидом 8.The device includes a cathode 1, made in the form of a ring of refractory material; anode 2, made in the form of a crucible of refractory material, in which the working substance 3 is placed; additional ionizing electrode 4, made in the form of a ring; all electrodes are located coaxially with the vertical axis, while the cathode and the ionizing electrode are located above the anode. The cathode is connected to a source of glow voltage 5. Between the cathode and the anode, a discharge voltage U a is applied from source 6, while the negative output of the source is connected to a grounded displacement. The electrode system is placed in a magnetic field B _z , the lines of force of which are directed parallel to the axis of the electrodes. A voltage from source 7 is applied to the additional ionizing electrode. The electrode system is placed in a magnetic field created by the solenoid 8.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Спираль катода 1 нагревается до температуры электронной эмиссии, приложенное между спиралью и катодом-тиглем напряжение Ua обеспечивает протекание между ними тока, нагревающего тигель до температуры, при которой давление паров испаряемого рабочего вещества становится достаточно большим для зажигания разряда между катодом и анодом. Эмитированные катодом электроны ионизуют испаренные атомы, так что вблизи анода образуется плазма рабочего вещества. Величину магнитного поля B_z подбирают таким образом, чтобы электроны плазмы оказались замагниченными, а ионы - незамагниченными. Плазменная струя ускоряется продольным электрическим полем, приложенным между анодом, находящимся под положительным потенциалом Ua и заземленной стенкой вакуумного объема. Кроме продольного электрического поля, между электродом 4 и катодом 1 возникает радиальное электрическое поле E_r. В скрещенных магнитном B_z и электрическом E_r полях возникает кольцевой дрейфовый электрический ток, который обеспечивает дополнительную ионизацию плазмы.The spiral of the cathode 1 is heated to the temperature of electron emission, the voltage U a applied between the spiral and the cathode-crucible ensures the flow of current between them, heating the crucible to a temperature at which the vapor pressure of the evaporated working substance becomes high enough to ignite the discharge between the cathode and the anode. Electrons emitted by the cathode ionize the evaporated atoms, so that a working substance plasma is formed near the anode. The magnitude of the magnetic field B _{z is} selected so that the plasma electrons are magnetized, and the ions are non-magnetized. The plasma jet is accelerated by a longitudinal electric field applied between the anode, which is under the positive potential U a and the grounded wall of the vacuum volume. In addition to the longitudinal electric field, a radial electric field E _r arises between the electrode 4 and the cathode 1. In crossed magnetic B _z and electric E _r fields, an annular drift electric current arises, which provides additional plasma ionization.

Направленную энергию ионов плазменного потока регулируют путем изменения напряжения Ue с помощью источника напряжения 7, при этом с помощью источника 5 поддерживают постоянным разрядное напряжение Ua.The directed ion energy of the plasma stream is controlled by changing the voltage Ue using a voltage source 7, while using a source 5, the discharge voltage U a is kept constant.

Например, с помощью источника 5 поддерживают разрядный ток, равным 3.5 А при изменении разрядного напряжения в диапазоне 50-200 В. С помощью источника (7) изменяют напряжение дополнительного ионизирующего электрода Ue в диапазоне 60-110 В, ограниченном сверху его техническими характеристиками.For example, with the help of source 5, a discharge current of 3.5 A is maintained when the discharge voltage changes in the range of 50-200 V. With the help of source (7), the voltage of the additional ionizing electrode Ue is changed in the range of 60-110 V, limited from above by its technical characteristics.

Энергетические спектры ионов плазменного потока, генерируемого данным устройством при различных значениях напряжения Ue, приведены на Фиг. 2. Напряжение Ua устанавливают равным 200 В и путем увеличения напряжения Ue с 60 В до 110 В энергию ионов увеличивают с 60 эВ до 110 эВ, при этом ширина на полувысоте ионного энергетического спектра составляет около 30 эВ. Полученные параметры спектра ионов плазменного потока превосходят параметры прототипа, при этом, вследствие того, что напряжение и ток разряда в процессе регулирования направленной энергии ионов поддерживают постоянными, параметры разрядной плазмы при этом также остаются постоянными. Дальнейшее увеличение напряжения Ue и, соответственно, энергии ионов плазменного потока, ограничивается только техническими характеристиками источника питания (6), однако принципиальные ограничения для увеличения энергии ионов отсутствуют.The energy spectra of the ions of the plasma stream generated by this device at various voltage values Ue are shown in FIG. 2. The voltage U a is set to 200 V and by increasing the voltage Ue from 60 V to 110 V, the ion energy is increased from 60 eV to 110 eV, while the half-width of the ion energy spectrum is about 30 eV. The obtained parameters of the spectrum of ions of the plasma flow exceed the parameters of the prototype, while due to the fact that the voltage and discharge current in the process of regulating the directed energy of the ions are kept constant, the parameters of the discharge plasma also remain constant. A further increase in the voltage Ue and, accordingly, the ion energy of the plasma stream is limited only by the technical characteristics of the power source (6), however, there are no fundamental restrictions for increasing the ion energy.

Ширину энергетического спектра ионов плазменного потока регулируют путем изменения с помощью источника питания 5 напряжения Ua в диапазоне 50-200 В, ограниченном сверху техническими характеристиками блока, причем напряжение Ue ионизирующего электрода 4 при этом поддерживают постоянным, равным 110 В с помощью источника 7. Энергетические спектры ионов плазменного потока, генерируемого данным устройством, при различных значениях напряжения Ua приведены на Фиг. 3 Из рисунка следует, что ширина на полувысоте энергетического спектра ионов плазменного потока падает с 70 эВ до минимального значения 30 эВ, когда Ua увеличивают от 50 до 200 В.The width of the energy spectrum of the ions of the plasma stream is regulated by changing the voltage U a with a power supply 5 in the range of 50-200 V, limited from above by the technical characteristics of the unit, the voltage Ue of the ionizing electrode 4 being kept constant at 110 V using a source 7. Energy the ion spectra of the plasma stream generated by this device at various voltage values U a are shown in FIG. 3 It follows from the figure that the width at half maximum of the energy spectrum of the plasma flow ions decreases from 70 eV to a minimum value of 30 eV when U a is increased from 50 to 200 V.

Достигнутый технический эффект: возможность регулирования направленной энергии ионов потока металлической плазмы в более широком диапазоне величин без ухудшения характеристик источника, а также возможность регулирования ширины энергетического спектра ионов.Achieved technical effect: the ability to control the directed energy of the ions of the stream of metal plasma in a wider range of values without compromising the characteristics of the source, as well as the ability to control the width of the energy spectrum of ions.

Claims

A device for creating a flow of metal plasma containing a cathode located at the potential of a grounded working volume, made in the form of a ring of refractory material, heated from a source of incandescent voltage to the temperature of electron emission; an anode made in the form of a crucible made of a refractory material into which a working substance is placed, a voltage positive from the cathode of the discharge power is applied to the anode; an ionizing electrode made in the form of a ring to which a voltage positive relative to the cathode is supplied from an additional power source; all electrodes are located coaxially with the vertical axis, while the cathode and ionizing electrode are located above the anode; the electrodes are placed in a magnetic field, the field lines of which are directed along the axis of the electrodes, characterized in that a source supporting a constant discharge current when the anode voltage changes in the operating range of values is used as the discharge power source.