Устройство для масс-спектрометрического анализа поверхностей космических объектов Советский патент 1987 года по МПК H01J49/40 

Изобретение опюсится к области космического приборостроения и может быть использовано для дистанционного исследования элементного состава космических объектив, лишенных атмосферы.

Целью изобретения является повышение точности результатов и расширение функциональных возможностей масс-анапизатора за счет обеспечения дистанционного анализа.

На фиг о 1 изображено предлагаемое устройство на фиг. 2 приведена схема блока управления. .

Предлагаемое устройство состоит из лазера 1, фокусирующей системы 2, рефлектора 3, детектора ионов 4, дальномера 5, блока управления 6 параметрами рефлектора. Блок управле- ния 6 состоит из (фиг, 2) аналого- цифрового преобразователя (АЦП) 7,, запоминающего устройства (ЗУ) 8, циф- роанапоговых преобразователей (ЦАП) 9.1, 9.2, ..., п управляемых высоковольтных источников 10, 10.1, 10,2, ,.., п. Кроме того, устройство содержит блок питания 11.

Устройство работает следующим образом.

Сфокусированное лазерное излучение производит испарение и иониза- . цию вещества грунта. Разлетаюпргеся продукты испарения достигают рефлектора и регистрируются устройством.

GOULD. В дальнейшем спектр масс пе- редается по телеметрическим каналам на Землю. Возможна предварительная обработка информации на борту. 5 Возможная структурная схема блока управления параметрами рефлектора 6 приведена на фиг. 2. Информация о дистанции до исследуемого объекта от дальномера в цифровом виде пода- fO етсй на адресные входы ЗУ 8. Если дальномер вьщает информацию в аналоговом виде, то сначала информация преобразуется с помощью АЦП 7 в цифровой код, В ЗУ 8 записана программа f5 изменения напряжений в зависимости от расстояния, измеренного дальномера о Информация ЗУ 8 преобразуется с помощью ЦАП 9 в аналоговые сигналы и используется для управления высоко- 20 вольтными источниками 10 в качестве опорного напряжения, напряжение с ко торьгх подается на сетки рефлектора. Возможны иные варианты структурных схем этого блока, реализующие 25 ту же функцию и управление выходными напряжениями в зависимости от ; входной информации по заданной программе. Возможная программа будет приведена ниже,

30 Дпя оценки чувствительности масс- спектрометра примем следуюпще параметры лазера: энергия в импульсе 1 Дж, время иготульсов 10 не. Такие параметры вполне достижимы дпя сов,Ионы .с определенной энергией за вре- 35 ременных лазероВ с модулированной мя дрейфа до рефлектора разделяются добротностью. Мощность лазера в им- В пакеты по массам (точнее по отноше- пульсе 10® Вт, Если луч лазера сфокусирован в пятно диаметром d 1 мм то плотность энергии в пятне состави

нию масса/заряд), Выделение ионов с определенной энергией происходит в ефлекторе 3, Использование настрой- 40 ки ПОЛЯ рефлектора на текущую длину рейфа с помощью системы дальномер 5 - блок управления параметрами рефектора 6 позволяет получить хорошее разрешение прибора при пропускаемой 45 энергетической ширине пакета ионов порядка 10%.

Затем вьщеленцые ионы регистрируются детектором 4, При этом каждой 50 массе соответствует пик с определенной задержкой от начала развертки. По амплитуде .пиков можно судить о процентном содержании элементов в грунте. Для регистрации и запоминания 55 сигнала можно использовать многоканальный анализатор,- функционально анапогичный, например прибору WAVEFORMRECORDER модель 8100 фирмы

GOULD. В дальнейшем спектр масс пе- редается по телеметрическим каналам на Землю. Возможна предварительная обработка информации на борту. Возможная структурная схема блока управления параметрами рефлектора 6 приведена на фиг. 2. Информация о дистанции до исследуемого объекта от дальномера в цифровом виде пода- етсй на адресные входы ЗУ 8. Если дальномер вьщает информацию в аналоговом виде, то сначала информация преобразуется с помощью АЦП 7 в цифровой код, В ЗУ 8 записана программа изменения напряжений в зависимости от расстояния, измеренного дальномера о Информация ЗУ 8 преобразуется с помощью ЦАП 9 в аналоговые сигналы и используется для управления высоко- вольтными источниками 10 в качестве опорного напряжения, напряжение с ко- торьгх подается на сетки рефлектора. Возможны иные варианты структурных схем этого блока, реализующие ту же функцию и управление выходными напряжениями в зависимости от ; входной информации по заданной программе. Возможная программа будет приведена ниже,

Дпя оценки чувствительности масс- спектрометра примем следуюпще параметры лазера: энергия в импульсе 1 Дж, время иготульсов 10 не. Такие параметры вполне достижимы дпя современных лазероВ с модулированной добротностью. Мощность лазера в им- пульсе 10® Вт, Если луч лазера сфокусирован в пятно диаметром d 1 мм, то плотность энергии в пятне состави

- 7 2.-1о Вт/см

О

При таких условиях будет испарен слой вещества толщиной h 0,2 мкм и выход ионов после разлета составит 1.«10 от начального количества частиц /3,4/, т.е. число разлетающихся ионов составит

N n- -h-ii 10 ионов

(h 2-Ю частиц/см) , Считая разлет сферически симметричным, найдем, что число ионов, попадающих на вход рефлектора при его диаметре D 5 см и расстоянии между рефлектором и исследуемым объектом t 25 м, равно

м Ы-Г) с:

2 I4 2ff2

5 -10 ионов.

lO t N,

31218852 4

Из этого количества ионов будет нии между КА и объектом, меняющемся зарегистрировано ,10%, если считать, в пределах 30-70 м, и длине рефлек- что ионы распределены равномерно по тора 30 см. Расчеты проводились для энергиям в диапазоне 0-1000 эВ и реф- трехзазорного рефлектора, В этой лектор вьщеляет частицы в зоне шири- г случае изменение напряжений на сетной 100 эВ.. Таким образом число ках рефлектора, т.е. изменение поля ионов, приходящих на детектор, равно в рефлекторе, достаточно проводить

при изменении расстояний до объекта на каждые 5 м. Программа изменений

N J 7/ 10 ионов

Современные вторично-электронные ум- напряжении в зависимости от расстояножители способны зафиксировать до рефлектора рассчитьюается на

дельный ион, поэтому чувствительность выполняется блоком управлепредлагаемого устройства составит««« параметрами рефлектора. Возмож H)i % по примесям по отношению программа изменения напряжений

основе образца (если считать, что для приведена в таблице (относительные

статистики достаточно 10 ионов, точ-единицы), ность измерений 30%). .Эта таблица не является единст.венной и может меняться в зависимосСогласно проведенным на ЭВМ рас-ти от требования к разрешению, чувчетам, разрешение анализатора, можно 20ствительности и диапазону изменения

сделать не менее 200 при расстоя-расстояний.

Т

Редактор В.Фельдман

Составитель И.Некрасов

Техред М.Ходанич Корректор Н.Корол

1813/1

Тираж 699 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

(puf.Z