Способ получения пучков поляризованных электронов Советский патент 1983 года по МПК H01J3/02 H01J1/05 H01J1/30 H01J9/02 

Изобретение относится к способам по; пучения нопяризованных эпектронов и может йыть испопьзовано в технике физических экспериментов при вьтпопнении фундаментапьных и прикпааных иссцвповв .Известен способ получения пучков попяриэованных эпектродов, основанный на фотбионизации щелочных атомов с бопьшим зарядовым чиспом циркупярно попяризованным светом И Недостатком этого способа является его низкая эффективность. Известен способ получения пучков поляризованнЫк электронов,включающий oxna ждение эмитирующей поверхности, размещенной в вакууме в магнитном попе, ее зарядку и формирование импупьса тока попяркзованных .эпектронов с помощью импульсного электрического поля.перпенцикупярного эмитирующей поверхности, и тером в этом способе служит вольфрамовое острие, покрытое ппенкой феррсыагни ного полупроводника 2j. Недостатками известного способа яв- пяются низкая интенсивность пучка эпектронов (.ток пучка 1.О А), а также необходимость поддержания сверхвысоко гх) ( 10 торр) вакуума для .обеспечения стабильных во времени харак геристик поверхности эмиттера. Цепью изобретения является увеличение интенсивности и степени поляризации пучка, а также снижение требований к . глубиае вакуума. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения пучков поляризованных электронов, включающему охлаждение рабочей поверхности катода, размещенной в вакууме в магнитном поле ее зарядку и формирование импульса тока поляризованных эпектронов с помощь импульсного электрического поля, в качестве материала катода используют .жио кий гелий,, а зарядку его рабочей поверхности осуществляют путем осаждения электронов в электрическом поле, при этом предельную поверхностную плотност осажденных эпектронов определяют из условия потери макроскопической устойчивости рабочей поверхности, а интервал времени i/ между окончанием зарядки и началом формирования импульса тока поляризованных электронов выбирают из cooTHOtuevnq где По - предельная поверхносгввя ипотность осажденных электронов; 5 - ппощадь рабочей поверхности катода; Т .- ток зарядки; п - постоянная Планка; U, - магнетон Бора; Н - Н пряженность магнитного потш; е - Зб1ряд электрона. Способ осуществляется следующим образом. Поверхн(ть жидкого гелия охлаждают ао температуры 0,5 К путем откачки паров гелия. Затем поверхность заряжают от расположенного над ней источника заряженных частиц (электронов), которые на поверхность благодаря прижимающему полю, создаваемому силами электростат яческого изображения либо , внешним источником. Накладывают магнитное попе Н, перпендикулярное поверхности, напряженностью f: 2Т. Через время, не превышающее верхнего п дадепа в соотнощении (1), накладывают импульоное электрическое поле напряженностью 1-10 кВ/см, которое вытягивает накопленные поляризованные частицы с поверхности гелия и инжектирует их в систему формирования пучка. Нижний пре дел интервала времени в соотнощении (1) выбирают КЗ соофажений, состоящих в том, что за это время происходит поляризация ансамбля электронов за счет теплообмене с гелием. Накопление частиц на поверхности жидкого гелия, осуществляться за . счёт притяжения заряженной частицы кповерхности жидкого гелия силой электростатического изображения, равной (40Z 2 где Z - ксюрдината по нормали к поверхности;€ - заряд частицы; Е - диэлектрическая проницаемость; ,Q (-1)/4(6 +1) С другой стороны, проникновение внутрь частице мешает энергетический барьер высотой около 1 эВ. Таким обраом, частица должна подойти к поверхноо. ти диэлектрика и остаться где-то вблизи нее. Движение частицы в таправлении Z квантуется, причем энергия основного состояния 1)авна

eno-5|3 i.h/jUoH.

(3) гае rtf - масса частшш; h - постоянная Ппанка. Еспй температура Т такова, что где X - постоянная Бопьпмава, то прак тически все частшш вахооятся в низше энергетическом состоянии на среднем расстоянии от потерхности, равном Дпя удержания частиц на поверзснооти неровиости должны быть по крайней .мере на порядок меньше этой величины. Для жидкого гепия-4 и эпектронов типичные значения указанных величин следукяцйе: е 10572. .05. эрг,2 И4А. Условие (4) вьгаопняется при поэтому при температуре 0,5 К почти все электроаы локализованы вб.лизи.по: верхности гелия на расстоянии -v 1ОО / При этом неоднородность поверхности жидкого геп1ИЯ-4 не превышает 1 А. остаются над поверхностью жидкоо ти и при более высокой температуре, а их плотность значительно возрастает, если перпендикулярно к поверхности приложить статическое прижимающее поле Е, которое может быть создано внешним источником. Предельно возможная конпентрапия частиц ограничивается потерей макроско пичесяой устойчивости заряженной поверхности. Для эпектронов на поверхности гелия-4 она составляет величину 10 эпектронов на см ; В магнитном поле Н эиергетичесвВе уровни частип, обладающих спиеом , расшеппяются на 23+1 эквидистантных подуровней, причем энергетическое раостоянвв между подуровнями (Зеемаиовская энергия) составляет (ifpH, где |йв - магнетон Бора. Ансамбль заряженных частиц, пр|юедена й в сосотяние теплового равновесия с гелием, находящимся при температуре Т, в магнитном поле Н принимает значение энергии наинизшего подуровня, которому соответствует одинаксюое направпение спина частиц аисамбля. При этом степень поляризации определяется соотношением П + -Пгде f Ч,- - плотности электронов с противоположными направлениями спинов. Для рассматриваемого случая жидкого гелия и значениях спита элетстронов Т 1/2, количестве подуровней 2, Т 0,5 К, Н 2Т, поляризация составляет р 99%. По сравнению с существующим уровнем техники использование изобретения позволяет по крайней мере на порядок повысить интенсивность пучков попяризова ных электронов, обеспечив поляризацию, близкую к 100%.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПУЧКОВ. ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ, вкпк чаюший охлаждение рабочей поверхности катода, размещенной в вакууме в магнитном попе, ее зарядку и формирование импульсов тока попяризованных электронов с помощью импульсного эпектрнчеокого пота, отпнча юшийся тем, что, с цепью увеличения интенсивности н степени попярвзаииИпучка, а такж-е снижения требований к глубине вакуума, в качестве материала катода используют жидкий гелий, а зарядку его рабочей поверхности осуществляют путем осаждения электронов в электрическом попе, при этом предельную поверхностную плотность осажденных электронов определяют из условия потери макроскопической устойчивости рабочей поверхности, а интервал времени t между окончанием зарядки и началом формирования импульса тока поляризованных электронов выбирают из соотношения (oW, где Пр - предельная поверхностная плот(Л ность осажденных электронов; 5 - площадь рабочей поверхности с катода; р - ток зарядки; л - постоянная Ппанка; fUo - магнетон Бора; Н - напряженность магнитного попя; е - заряд электрона. ел О) со о DO SU.,.. 1056303 3(S Н 01 J 3/02; Н О1 J 1/30 «. ,Г-- -т|-з I / - -.-v/-i-.... -/ О- ---i;-i; / ЕТЕНИЯ ..... 1 р,., х-Л.э 7--р-- -.. f f .1 У