Способ определения среднего заряда и времени накопления ионов в электронно-ионных сгустках Советский патент 1986 года по МПК G01R33/02 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть исполь зовано при изучении динамики накопления ионов в электронно-ионных сгустках. Известен способ измерения времен образования ионов разных зарядносте в электронном пучке, заключающийся в том, что измеряют непосредственно спектры ионных зарядов в зависимост от времени. Однако использование данного спо соба сопровождается разрушением элек тронно-ионного сгустка. Наиболее близким является способ определения степени ионизации ионов в электронно-ионных кольцах, заключающийся в том, что формируют электронный сиусток, ионизируют атомы электронньш ударом,измеряют характеристическое рентгеновское излучение ионов и по величине энергетического сдвига измеренных спектров отно сительно спектров нейтральных атомов судят о среднем заряде ионов, достигаемом в определенный момент времени от начала накопления. Однако данный способ требует боль шого времени измерения. Целью изобретения является повьше ние быстродействия. I Эта цель достигается тем, что в способе, включающем формирование электронного сгустка, ионизацию атомов электронным ударом и регистрацию вторичных электронов, измеряют функцию выхода вторичных электронов от времени, а средний заряд и время накопления ионов определяют в моменты резкого спада выхода вторичных электронов . Сущность способа поясняется черте жом, на котором представлена зависимость выхода вторичных электронов от времени. Осуществляется способ следующим образом. Формируют сгусток (кольцевой пуЧок) электронов. После поступления нейтральных атомов в электронный сгусток происходит образование иойов электронным ударом. Положительно заряженные ионы накаггливаются, а освобождающиеся при этом вторичные электроны выталкиваются собственным полем сгустка и регистрируются детектором электронов. За счет процесса Оже - ионизации изменение выхо1077ада вторичных электронов во времени имеет характерный ступенчатый вид для всех элементов периодической таблицы с . Это обусловлено тем, что вклад ОЖе - ионизации в произ-. водство ионов резко уменьшается, когда из атома или иона удаляются все электроны внешней оболочки и начинается процесс ионизации с более глубокого уровня. Распределение электронов по атомным оболочкам хорошо известно для каждого элемента и потому резкие спады в измеренной временной зависимости выхода вторичных электронов однозначно определяют средний заряд ионов и время его достижения. В вакуумной камере с давлением торр электроны с энергией МэВ в магнитном поле 2 Тл формируются в кольцо с радиусом -3,5 см и полуразмером сечения ,2 см. В кольце 10 электронов. В начальный момент в кольцо впрыскиваются 2-10 атомов критона и начинается процесс накопления ионов. Освобождающиеся в процессе ионизации вторичные электроны выталкиваются из кольца с энергией и движутся вдоль магнитных силовых линил к детектору. За время накопления ионов освобождается -10 вторичных электронов. При эффективности регистрации электронов л/10% ток вторичных электронов изменяется в пределах 10-0,0 мА. Представленная на чертеже времен.ная завис шость выхода вторичных электронов справедлива для рассмотренного примера с криптоном. По оси ординат отложен полный ток вторичных электронов в миллиамперах, а по оси абсцисс время накопления в миллисекундах. Верхняя кривая в правой части рисунка - суммарный выход вторичных электронов от ионизации криптона и остаточного газа при давлении 10 торр, нажняя кривая выход электронов только от криптона. Резким спадом в приведенной зависимости соответствуют достигаемые в эти моменты времени средние заряды ионов вместе с их дисперсиями соответственно ± 1; 26 ± 1,1 единиц заряда. Эти величины средних зарядов соответствуют удалению электронов последовательно с N и М оболочек .ат.ома криптона. Для других элементов места резких спадов в выходе вторичных электронов, будут характеризоваться своими известными числами электронов, удаляемых с оболочек.

Точность определения времени достижения ионами характерных средних зарядов по месту окончания спада и выхода на плато составляет vlO%. Вычисленные дисперсии средгтх зарядов составляют единицу атомного заряда.

Таким образом, технические преимущества предложенного способа заключаются прежде всего в том, что оно позволяет значительно сократить время эксперимента (примерно в тысячу раз по сравнению с прототипом).

Предложенный способ позволяет также измерять низкие зарядности ионов Z 20 даже в случае одного электронно-ионного сгустка, а интегрирование тока вторичных элементов позволяет оценить суммарный заряд ионов в сгус тке.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗАРЯДА И ВРЕМЕНИ НАКОПЛЕНИЯ ИОНОВ В ЭЛЕКТРОННО-ИОННЫХ СГУСТКАХ, включающий формирование электронного сгустка, ионизацию атомов электронным ударом и регистрацию вторичных электронов, отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия, измеряют функцию выхода вторичных электронов от времени, а средний заряд и время накопления ионов определяют в моменты резкого спада выхода вторичных электронов.