Устройство для измерения параметров потока заряженных частиц Советский патент 1983 года по МПК H05H7/00 

Изобретение относится к техничес кой физике, и применяется для измерения скорости и направления движения заряженных частиц. Устройство может быть использова но в электровакуумных и газонаполненных электронных приборах, где для управления движением заряда используется магнитное поле. Такие приборы находят широкое применение в электронной технике и физическом эксперименте. Известно устройство для измерения характеристик потока электроно движущегося в поперечном магнитном поле В, т.е. в направлении., перпенд кулярном магнитным силовым линиям, содержащее два коаксиальных цилиндра, ось которых ориентирована вдоль магнитного поля, во внешнем цилиндре-катоде, граничащем с пространством взаимодействия, имеется продоль ная щель, длина которой приблизительно равна длине пространства вза имодействия, причем щель закрыта се кой. Расстояние между поверхностями внутреннего цилиндра - коллектора и катода равно лхО,5 мм.

Данное устройство позволяет измерять ток электронов, попадающих через щель на коллектор, а также обнаружить существование в токе быстрых электронов с энергией, превышающей энергию эмиттированных катодом электронов Cl.

Однако указанное устройство не позволяет определить угол о падения электронов на входную щель, а . также скорость электронов Ч, , связанную с их движением в перпендикулярном В направлении при неизвестном oi-. Данное устройство не дает также информации о локальных характеристиках потока заряженных частиц Между тем такая информация представляет значительный интерес, если поток электронов на катод неоднороден в азимутальном или аксиальном (вдоль В) направлении.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров потока заряженных частиц в. приборах с поперечным магнитным полем, содержащее последовательно расположенные в межполюсном про-: странстве прибора коллимирующую диафрагму, плоскость которой перпендикулярна поверхности полюсов магнита, и коллектор C2J.

Однако известное устройство также не обладаетВЫСОКОЙ информативностью, в частности не позволяет одновременно измерять значения скорости V в перпендикулярном В на правлении и угла oi падения частиц на поверхность диафрагмы в плоскости, перпендикулярной магнитному по4 , пО , 11ШИН

(l-sinoC o,Kc)i

причем -)

Y ее

,п

де Р, е

поперечные размеры коллектора и отверс тий в коллимирующей и подвижной диафраг мах)

,0

Е продольные размеры

Г М коллектора и отверстий в коллимирующей и подвижной диафрагмах;

Ч-Ъ

толщины коллимирующей и подвижной диафрагм;

m е

отношение массы к заряду исследуемых частиц;

3. чувствительность аппаратуры, используемой, для измерения тока на коллекторе/ плотность тока заря1женных частиц; минимальная попереч

1 мин ная скорость) максимальный изме максряемый угол падения заряженных частиц;

коэффициент, зависящий от формы отверстия;

В поперечное магнитное поле.

Предлагаемая конструкция устройтва позволяет за один цикл измерелю, что является существенным его недостатком. Цель изобретения - повышение эффективности устройства путем увеличения числа измеряемых параметров . Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для измерения параметров потока заряженных частиц в приборс1х с поперечным магнитным полем, содержащем последовательно расположенные в межполюсном пространстве прибора коллимирукяцую диафрагму, плоскость которой перпендикулярна поверхности полюсов магнита, и коллектор, между коллектором и диафрагмой введена подвижная диафраг ма, толщина и размеры отверстия которой удовлетворяют соответственно выражениям-hj v ,/«f, , a размеры коллектора, выполненного в виде подвижного электрода, удовлетворяют выражениям , 1 °i при этом, расстояние d от внешней поверх-, ности неподвижной коллимирующей диафрагмы до коллектора удовлетворяет выражению (

ПИЯ определить распределение частиц по ci и V., .

На фиг.1 представлено.предлагаемое устройс-рво, первый вариант выполнения; на фиг.2 - то же, второй вариант выполнения.

Устройство (фиг.1) содержит коллимирующую диафрагму 1 с отверстием 2, подвижный коллектор 3 и подвижную диафрагму 4 с отверстием 5. Стрелкой показано направление падения заряженных частиц при влетеих р отверстие 2, а сплошной линией - их траектории при отсутствии коллектора Магнитное.поле направлено перпендикулярно плоскости фиг.1 и 2 (полюса магнитов не показаны /,

Устройство работает следующим образ, ом.

Перемещая коллектор, выполненный например, з виде металлического стержня длиной Е , и поперечным разме.ром , расположенного в плоскости, перпендикулярной плоскости фиг.1 и 2, например параллельно поверхности диафрагмы на расстоянии И от внешней поверхности коллимирующей диафрагмы, и измеряя ток коллектора Л,, фиксируют максимальное значение Г)дд. Это значение соответствует точке пересечения коллектором траектории потока. Так к-ак в отсутствии электрического поля заряженные .частицы описывают в магнитном поле круговую траекторию с радиусом ;

/R - 1 .то, зная три точки этой траекеВ

тории: точку пересечения с коллектором и две точки, соответствующие положению, отверстий диафрагм, можно оп ределит-ь величину R и затем V, а построив в точке влета касательную к определенной таким образом траек тории, можно определить и угол . падения. Перемещая затем диафрагму 4 параллельно диафрагме 1 и повторяя в каждом положении определение V, csL и J| , в конечном итоге получаем искомые зависимости ,(У) и (о), т.е. распределение частиц по скоростям и углам падения.

В случае, если поток заряженных частиц моноскоростной и все частицы проходят к диафрагме 1 под одинаковым -углом tL, то для измерения V., и ct может быть использован второй вариант устройства (фиг.2), т.е. без подвижной диафрагмы 4.

В этом случае, перемещая коллектор на расстоянии d от диафрагмы, по двум значениям фиксируют две точки пересечения коллектором траектории исследуемого потока, а поскольку третья точка траектории соответствует положению отверстия коллимируквдей диафрагмы, также можно

-определить величины R, а затем V;, иоС.

Измерения с помощ1 ю предлагаемо го устройства возможны при выполнении следующего условия

mV

-{ -5 ЛА«КсК.

)

ев

гдeV. - минимальная поперечная

скорость из интервала измеряемых скоростей,

0 o MoiKc максимально измеряемый

угол падения частиц. Разрешающая способность устройства при определении лока.льных характеристик потока заряженных частиц,

5 а также точность измерения величин V и оС тем выше, чем меньше размер ЕО отверстия в диафрагме 1 по сравнению с радиусом закручивания

mV.1

R go заряженных частиц в магнит0ном поле. Однако уменьшение значения С ограничено необходимостью измерения TOKai на коллектор. Поэтому е° должно превьлшать минимальное зна5 чение, при котором ток заряженных частиц J Sy, проникающих в отверстие, диафрагмы Д (S- площадь отверстия в диафрагме j - плотность тока на диафрагму} превышает чувствительность аппаратуры Jq, исполь0зуемой для его измерения. Например, при прямоугольном отверстии 5 ,

,и €° -. ЕСЛИ , pf;,g и ,

11 с °1 практически весь ток Э может быть собран коллектором (OK J), что необходимо для достижения максимальной при данных Р и С{ чувствительности предлагаемых устройств при сохранении высокой точности опреде0 ления и V с. .

Размер С,, должен удовлетворять I соотношению его максимальное значение ограничивается протяженностью вдоль пространства взаимодейст5 ВИЯ или (при исследовании неоднородного вдоль В потока заряженных частиц )требованиям пространственного разрешения в этом направлении.

Максимальное расстояние, на ко0 торое проникают заряженные частицы за отверстие в диафрагме 1, равио

mV.,

ч мин

(1-ЗИ otiose/

Поэтому интервал

ев макс V.

измеряемых скорюстей V и углов падения ограничивается такими значе5

mV,

1мик

(1-S,при которых сЗ

Sinet,

маке/ ев

.Цля расошрения интервала измеряемых V и сС необходимо выбрать минималь60 но возможные толщины диафрагм Ь и Это минимальное значение ограничивается требованиями жесткости и отвода тепла, вьщеляемого на диафрагмах, наприь ер при их бомбардиров6Ь ке. Как показьшают эксперименты, в

сильноточных устройствах магнетронного типа li,, fi О, 05-0,1 мм.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известныг.1 позволяет измерять одновременно

ot падения,, а так

V и угол

скорость

же распределение по V и ot заряженных частиц, движущихся перпейдику,лярно магнитному полю в широком /классе электронных устройств.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПА РАМЕТРОВ ПОТОКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ в приборах с поперечным магнитным полем, содержащее последовательно расположенные в межполюсном пространстве прибора коллимирующую диафрагму, плоскость которюй перпендикулярна поверхности полюсов магнита, и колле тор, отлича. ющёес я тем, что, с целью повьпиения его эффективности путем увеличения числа измеряемых параметрюв, между коллектором и диафрагмой введена;подвижная диафрагма, толщина и размеры отверстия которой удовлетворяют соответственно выражениям ,« сг- К° , fJJ if,, а размеры коллектора, выполненного в виде подвижного электрода, удовлетворяют «выражениям f - f в в, , при этом расстояние d от внешней поверхности неподвижной коллимирукщей диафрагмы до коллектора удовлетворяет выражению HH /.„.,, ).g V мсхкс -i I поперечные размеры коллектора и отверстий в коллимирующей и подвижной диафрагм мах; продольные размеры коллектора и отверстий в коллимирующей и подвижной диафрагмах; толщины коллимирующей и подвижной диафрагм; отношение частицы к заряду; коэффициент, зависящий от формы отверстия; чувствительность ап-. паратуры, используемой для измерения тока на коллекторе; плотность тока заряжённых частиц; минимальная поперечная скорость;максимальный измеряемый угол падения заряженных частиц; поперечное магнитное поле.

/

Фиг. г