Энергоанализатор потоков заряженных частиц Советский патент 1987 года по МПК H01J49/44 

Изобретение относится к энергоанализатору пучков заряженных частиц и может найти применение в исследованиях энергетических и угловых распределений потоков заряженных частиц малых энергий в космическом пространстве.

Целью Изобретения является увеличение разрешающей способности и чувсвительности энергоанализатора типа цилиндрического зеркала при анализе трубчатьк потоков за счет его совмещения со сферическим зеркалом.

На чертеже представлена схема предлагаемого энергоанализатора.

Энергоанализатор потоков заряженных частиц, /содержит внутренний 1 и наружный 2 электроды цилиндрического зеркального анализатора (ЦЗА), при Э.ТОМ внутренний электрод 1 снабжен окнами для ввода пучка в поле ЦЗА и вывода его, окна затянуты металлической сеткой высокой прозрачности, и сферический зеркальный анализатор (СЗА) 3, состоящий из двух сцентрированных электродов сферической формы, выполненных из высокопрозрачной металлической сетки. СЗА установлен на выходе ЦЗА. В процессе работы на наружные электроды ЦЗА и СЗА подаются отклоняющие потенциалы и. и Ug.

Электроанализатор содержит также цилиндрический коллиматор 4, состоящий из двух коаксиальных труб, снабженных окнами для прохождения пучка, анализируемого в ЦЗА, и кольцевыми ограничителями,при этом наружная труба коллиматора выполняет также функцию внутреннего электрода ЦЗА, промежуточную диафрагму 5, центр круглооо отверстия в которой находится в области совмещенного фокуса зеркал, приемную диафрагму 6 с центральным отверстием малого диаметра, детектор (малогаОаритный канальный умножитель) 7 и кольцевую световую ловушку 8.

Промежуточная диафрагма установле на на выходе ЦЗА между ЦЗА и СЗА, а приемная диафрагма- на выходе ЦЗА.

Энергоанализатор работает следующим образом.

Коллиматор 4 вырезает из потока заряженных частиц, распределенных в пространстве в широком диапазоне углов, пучок трубчатой формы, в пределах которого частицы движутся по

5

0

5

0

5

0

5

0

5

траекториям,близким к параллельным (с угловым разбросом в пределах нескольких градусов). Сколлимированный параллельно оси симметрии пучок отражается от СЗА, настроенного на телескопический режим. В телескопическом режиме выполняется соотношение, связьгоающее угол наклона осевой траектории пучка после отражения от СЗА (об) с отношением радиусов сферических электродов СЗА (R в„ и и и отношением отклоняющего потенциала на электродах СЗА (U) к кинетической энергии анализируемых частиц (Е). В результате отражения от СЗА пучок фокусируется на ось симметрии системы в области расположения фокуса ЦЗА, удаленного от центра сфе-. рических электродов О на расстояние f. В этом месте находится промежуточная диафрагма 5, ограничивающая область источника ЦЗА и отсекающая часть потока заряженных частиц, кинетическая энергия которых существенно не согласуется с потенциалом настройки ЦЗА (IL). Пучок поступивший через диафрагму 5 в ЦЗА, отражается электростатическим цилиндрическим полем 1| часть его с кинетической энер гией частиц,соответствующей потенциалу настройки Цц,фокусируется на центральное отверстие приемной диафр агмы 6 и поступает в детектор 7. В качестве детектора 7, благодаря специфике схемы угловой фокусировки пучка в ЦЗА, целесообразно использовать малогабаритный канальный умножитель типа ВЭУ-6, располагаемый против отверстия приемной диафрагмы 6. Системе из СЗА и ЦЗА присуща линейная дисперсия по энергии, поэтому, согласованно изменяя отклоняющие потенциалы зеркал UQ и Uy, можно получить спектр кинетических энергий анализируемых заряженных частиц.Так как ЦЗА и коллиматор совмещены, то анализируемый пучок в двух местах пронизывает коллимируемьш. При низких плотностях потоков заряженных частиц

взаимное влияние перекрещивающихся пучков незначительно. Численные данные о параметрах схемы предлагаемого анализатора, работающего в одном из возможных режимов следующие. Выберем об 42,3 , что для ЦЗА соответствует режиму угловой фокусировки второго порядка, в котором цилиндрическое зеркало имеет следующие характеристики: линейная дисперсия по энергии D 5,6 г, , расстояние между фокусами L 6,13 г, (г,- радиус внутреннего электрода ЦЗА). По формулам, указанным в формуле изобрете- ния, для СЗА в телескопическом режиме можно получить I 0,75814 RBH E/qUc () 0,17958, есЛй принять К 1,219 Rg,, то qUc/E 1, т.е. энергия настройки qU(. СЗА рав на кинетической энергии анализируемых частиц Е. мм,то 20,4 мм. Если принять, что на входе в ЦЗА угловая расходимость пучка составляет U ot ± 8°, то ширина сколлимированного пучка на входе в СЗА t 6,4 мм таким образом площадь кольцевого окна коллиматора равна S 2 trrcp t см , Для г, 26 мм и длине кол- лимирующего канала L 6,13 г, г 159. мм угловой разброс на выходе из кай ала составляет + 2, из-за чего фокус СЗА размывается на и,1,5мм

вдоль оси симметрии. Дисперсия системы СЗА и ЦЗА равна 4 г,

ТГвклад дисперсии СЗА отрицателен). Размытие изображения в ЦЗА из-за угловой кубической аберрации 51ри условии, что приемная диафрагма помещена Б минимум сечения фокусируемого пучка, составляет 51-10 г, ( ДсЛ ) 0,7мм. Если ширина щели приемной диафрагмы составляет Л 1 мм, базовая разрешающая способность энергоD

U,

Т 5+Т+Б 7 процентах разрешение составляет 3%. В рассматриваемом случае габариты энергоанализа- тора равны: диаметр мм, длина 250 мм. Формула изобретения

анализатора составляет R 4,26

Энергоанапизатор потоков заряженных, частиц, содержащий соосно расположенные цилиндрический коллиматор и цилиндрическое злектростати- ческое зеркало, приемную диафрагму с отверстием на оси устройства и детектор, установленный за отверстием в приемной диафрагме, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и чувствительности при анализе трубчатых потоков частиц, энергоанализатор дополнительно снабжен сферическим зеркалом, установленным на выходе цилиндрического зеркала так, что фокусы зеркал совмещены в точке, удаленной от центра электродов сферического зеркала на расстояние:

41 - cosot

-

sinoi

R

Ви

где

oi

R

8н

угол наклона оптической оси на входе в цилиндрическое зеркало, рад; радиус внутреннего сферического электрода, м, коллиматор выполнен из двух содержащих кольцевые окна коаксиальных цилиндрических электродов, один из которых совмещен внутренним электродом цилиндрического зеркала, а средний радиус трубчатого зазора коллиматора удовлетворяет соотношению:

Tj. 4l - COSOi

R

бн

причем выполняется условие: cosoC

где R - радиус наружного сферического электрода,м; q - заряд частиц, Кл; Е - кинетическая энергия

. частиц, В/м;

и - напряжение на электродах сферического зер- . кала, Б.

Изобретение относится к области электроники. Цель - увеличение разрешающей способности и чувствительности энергоанализатора (Э) - достигается тем, что в Э потока заряженных частиц установлено сферическое зеркало в виде сферического зеркального анализатора (СЗА) 3, состоящего из двух сцентрированных электродов сферической формы, выполненных из высокопрозрач зй металлической сетки, установленного на выходе цилиндрического зеркального анализатора (ЦЗА), имеющего электроды 1,2, а цилиндрический коллиматор 4 состоит из двух коаксиальньсх труб, наружная труба которого выполняет функцию электрода 1 ЦЗА. В описании изобретения даны математические выражения для расчета точки фокуса СЗА и среднего радиуса трубчатого зазора коллиматора . Изобретение может быть использовано при исследованиях энергетических и угловых распределений потоков заряженных частиц малых энергий в космическом пространстве. 1 ил. с (Л

Редактор А.Лежнина

Составитель А.Нестерович

Техред В.Кадар Корректор Г.Решетник

Заказ 786/56Тираж 699Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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