Способ диагностики электрических полей в электронных приборах с магнитной изоляцией Советский патент 1988 года по МПК G01R29/00 H01J9/42 

Изобретение относится к технике измерения электрических величин, а также к технике измерений или испытаний в процессе изготовления и может быть использовано в импульсных сильноточных электронных приборах с магнитным удержанием пространственного заряда, находящих применение в электронной технике и физическом экспери- мен т.е.

Цель изобретения - расширение области функционирования и повышение точности при измерении потенциалов локальных участков отрицатель- ного электрода (03).

Рассмотрим использование предлагаемого способа для измерения потенциала локальных участков ОЭ в диоде с магнитной изоляцией (ДМИ), форми- рующем релятивистский электронный пучок (РЭП).

На чертеже приведено схематическое изображение сечения пространства взаимодействия ДМИ.

На чертеже обозначены ОЭ 1, труба 2 дрейфа - положительный электрод (ПЭ), входные отверстия 3 и 4 анализатора энергетического спектра. Магнитное поле В aпpaвлeнo вдоль оси системы. Электроны, эмиттированные торцом ОЭ (например, в результате взрывной эмиссии, которая возникает при подаче напряжения U между ОЭ и ПЭ), движутся вдоль магнитного по- ля, которое препятствует их радиаль- ному переносу на ПЭ. Ионы, возникшие на ОЭ в результате поверхностной ионизации попадающих на его поверхност нейтральных частиц, движутся при ти- пичных для электронных систем магнитных полях . практически по силовым линиям электрического поля и попадают на ПЭ. Изображены силовые линии электрического поля, формирующие по- верхность Sj, которая ограничивает поток с ОЭ в отверстие анализатора при двух его положениях (З, и S), участки поверхности ОЭ S, и S с которых отрицательные ионы попадают во входные отверстия 3 и 4 анализатора.

Если энергия ионов W при падении в анализатор равна произведению пройденной разности потенциалов U на их заряд, то, измерив величину W в первом положении анализатора, находим потенциал участка в пределах площади Sfi, , а при втором положении анализатора - в пределах площади S,. Перемещая анализатор вдоль поверхности ПЭ, можно измерить распределение потенциала по поверхности ОЭ,

Плотность тока j отрицательных ионов с поверхности ОЭ определяется уравнением Саха-Ленгмюра

. gi J.ejH°-exp

ба

I 9«a-ecf kf J

R ё 8 статистические веса атомного и ионного состояний нейтральных частиц; j - плотность потока нейтральных электронов; У - работа выхода; а- сродство к электрону; k - постоянная Больцмана; Т - температура поверхности

.участка А|.,ОЭ.

В анализаторах для выделения малого полезного сигнала используются вторично-электронные умножители (ВЭУ) регистрирующие непосредственно поток отрицательных ионов, или фотоэлектронные умножители (ФЭУ), регистрирующие поток фотонов, возникающих на специальном экране под действием ионной бомбардировки. И в ВЭУ и в ФЭУ происходит усиление сигнала за счет вторично-эмиссионного размножения электронов, поэтому необходимо выделить полезный сигнал на фоне собственных шумов умножителей, а также исключить изменения во времени коэффициента их усиления из-за проявления статистики вторичной эмиссии на первых диодах. Такое выделение возможно, если на вход ВЭУ или на экран попадает более 10 - 10 ионов в импульсе, т.е. ток отрицательных ионов 1 с исследуемого участка ОЭ должен удовлетворять неравенству

(10-102) е

(2)

где t/n - длительность импульсов напряжения между ПЭ и ОЭ. Отсюда можно записать для плотности ионного тока

.п (Ш-Ю) J- - - с

t U П

(3)

где 5„ - площадь ОЭ.

Перечисленные условия накладывают ограничения на величину концентраци нейтральных частиц п,, у ОЭ.

Чтобы исключить влияние на проводимые измерения столкновений ионов

3

с нейтральными частицами, должно выполниться условие

,(4)

где п - концентрация нейтральных

частиц; нм максимальная концентрация

нейтральных частиц, при превышении которой становятся существенными возможные изменения энергии ионов из-за столкновений.

Таким образом, для реализации способа, диагностики должны выполняться условия (1) и (4).

Поток нейтральных частиц к исследуемому участку ОЭ может быть создан не только из объема рабочего пространства, а, например, за счет ми13

грации этих частиц по поверхности ОЭ или в результате их диффузии из толщи ОЭ к его поверхности. В первом случае вещество, служащее источником нейтральных частиц, наносится на поверхность ОЭ, а во втором - вводится в материал, из которого этот электрод изготовлен. Потоки мигрирующих (JHM) или диффундирующих (JHA) частиц к исследуемому участку регулируются температурой ОЭ.

Предлагаемый способ диагностики электрических полей позволяет, в отличие от существующих, измерять потенциалы локальных участков поверх- рости отрицательных электродов в присутствии потоков заряженных частиц на ПЭ. Кроме того, он не требует создания специальных потоков электронов, производящих ионизацию нейтральных частиц, обладает более высокой точностью, что обеспечивается высокой чувствительностью.

Формула изобретения

45

Способ диагностики электрических полей в электронных приборах с магнитной изоляцией, заключающийся в том, что вводят в пространство между положительным и отрицательным электродами нейтральные частицы с концентрацией 50 п, удовлетворяющей неравенству п„

йм « 72НбУГ

20 22544

иона в области, заполненной нейтральными частицами, между точкой их зарождения и положительным электродом, о - эффективное сечение столкновений ионов с нейтральными частицами, производят ионизацию нейтральных частиц в исследуемой области и измеряют энергетический спектр ионов на грани д це положительного электрода, по которому определяют потенциал участка исследуемой области отрицательного электрода, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциоJ5 нальньпс возможностей и повышения точности при измерении потенциала локальных участков отрицательного электрода, на участок А, поверхности отрицательного электрода (площадью S-), потенциал которого измеряют.

создают поток нейтральных частиц плотностью (JH) со сродством к электрону -atp , на участок АО, наносят покрытие с работой выхода ( , выполняя условие ..

Jh

110:121)25

с - г э д-еО т ,S g;exp - --

0

0

где

k

Т

0

5

0

gjj и g; - статистические веса

атомного и ионного состояний нейтральных частиц;

c lj - длительность импульсов напряжения между положительным и отрицательным электродами; постоянная Больцмана; температура поверхности участка А отрицательного электрода, измеряют распределение ионного тока на положительный электрод при разных значениях работы выхода, удовлетворяющих указанному условию, на разных участках положительного электрода, определяют участок положительного электрода А„, значение плотности ионного тока на который изменяется соответственно изменению работы выхо- да q участка (А), измеряют энергетический спектр ионов на поверхность СА„,).

в

Изобретение относится к технике, измерений электрических величин, а также к технике измерений или испытаний в процессе изготовления электронных приборов и может быть использовано в импульсных сильноточных электронных приборах с магнитным удержанием пространственного заряда, используемых в электронной технике и физическом эксперименте. Целью изобретения является расширение области функционирования и повьппение точности при измерении потенциалов локальных участков отрицательного электрода. Предлагаемый способ диагностики электрических полей позволяет, в отличие от существующих, измерять потенциалы локальных участков поверхности отрицательных электродов в присутствии потоков заряженных частиц на положительном электроде. Кроме того, предложенный способ не требует создания специальных потоков электронов, производящих ионизацию нейтральных частиц. Способ обладает более высокой точностью диагностики электрических полей, чем известные. 1 ил. с (Л

z.

7/7

//////

/

,