Многоканальный анализатор атомных частиц Советский патент 1990 года по МПК H01J49/30 

10

S

20

25

Изобретение относится к исследо- оииш пысокотеш1ерат рнрй плазмы.

Целью няпЛретения является увелиение эяергепгческого даапазона и Оеспечение возможности регулироваия энергетического разрешения при Сох5 ане1гии стабильности дифференциальной чувствительности прибора за счет создания внутри ионизационной камеры потешщальной ямы для ионов, образующихся в результате обдирки атожшх частиц.

На фиг, 1 представлена схема предлагаемого аиализа1чэра атомных част}щ; на фиг, 2 - зависимость ко- прохождения частиц через анализатор от соотношения напряжения на ионизационной камере U и энергии частиц Ej на фиг. 3 энергетические контуры каналов извести ого (а) и предлагаемого (б) анализаторов при U-,, где Е, энергия, регистрируемая в первом канале анализатора.

Анализатор атомнь х частиц состоит из. ионизационной камеры , установленной на изоляторе 2 в корпусе прибора и вьатолненной из проЕОДяшего терИсШа {стали, латуш:, алюминия) в полого тела {например;, цилиндра, параллелепипеда) с отверстиями для входа и выхода пучка, блока 3 выравнивания электрического поля , выполненного из диафрап-. располо- женньтх перпендикулярно оси устройст- 5 ва и соединенных с ионизационной камерой 1 посредством делителя 5 напряжения. Далее по ходу пучка установлен диспергирзпощий элемент 6, выполмен- ньц ц например, в электростати- 0 ческого конденсатора или .электромагнита с полюсами, расположеиньв-ш перпендикулярно оси пучка, каналовые конденсаторы 7 и детекторы 8, Нониза- циопная камера I соединена с источни-45 ком 9 регулируемого напряжения.

Анализатор работает следуюрдам образом .

В случае, когда на.иоготзационную камеру 1 нагфяжение от источника не подается, образовавигяеся в камере ионы поступают в диспергирующий элемент 6 с энергией Е, равной энергии атомов, из которых, они образовались в результате обдирки, В этом случае работа предлагаемого анализатора аналогична работе известного. При подаче на ионизационную камеру 1 тормозящего напряжения от источьшка

30

50

55

10

7}96

9 (т.е. отрицательного напряжения для положительно заряженных ионов) выходящие из ионизационной камеры 1 ионы поступают на вход диспергирующего элемента 6 с энергией E-U,. (где U,-E), Далее работа анализатора совпадает с прототипом. В результате предельная энергия, регистрируемая анализатором, возрастает на величи- иуи,.о.

При этом сужается диапазон Д одновременно .регистрируемых энергий, В отсутствие потенциала иа камере иониS

0

5

50 5

0

зации этот диапазон Д есть

отношение энергий частиц, регистрируемых самым высокоэнергетичным и самым низкрэнергетичным каналами анализатора . Величина Д задается геометрией анализатора и составляет в разных моделях анализаторов Д 10-30. -При подаче на корпус ионизационной камеры I тормозящего напряжения U. этот диапазон Д существенно уменьшится по сравне1шю с Д . 13 этом случае высокоэнергетичным и ннзкоэнерге- тичным каналами будут зарегистрированы энергии частиц на входе в камеру ионизации соответственно E,,(. +и. и . Введем обозначе- . ния коэффициента торможения /Е,,, Тогда Е;„Н °

,Vf/Eд,,t( - I E O P+UT- У/Е,,,,-Е.акг/

/Е,«„+}.Е:

-E;,/(i-k), д

м и и .

(l-k)+k.

0

5

.С( -),+К-Д д д°{l-k)+k,

Из этих соотношений видно, что при и ,8 имеем ,8, а при Д 6,8, т.е. при коэффициенте торможения ионов ,8 диапазон одновременно регистрируемых энергий уменьшается примерно в 4 раза. Можно показать, что энергетическое разрешение прибора при наличии торможения Б составит (l-k), т.е. при ,8 уве.пичится в 5 раз, где Б° - энергетическое разрешение ана- лиза1Х)рз в отсутствие напряжения на ионизацг.оГьНой камере .

Изменение величины напряжения на .ионизационной камере 1, т.е. изменение величины К, дает возможность регулировать энергетическое разрешение и изменять энергетический диапазон анализатора.

Пр и подаче яапря кения на ионизационную камеру 1 происходит сировка потока ионов, выходяишх из

3JA

кпмеры; n результате, если не упели- чить размеры анализатора,.то часть частиц не попадет в детекторы 8, и чувствительность анализатора уменьшится.

Это связано с тем, что при подаче напряжения на ионизационнную камеру на ныходе из нее создается электрическое поле, имеющее состав- ляющую, направленную перпендикулярно оси пучка. Эта составляющая электрического поля отклоняет ионы, выходящие из ионизационной камеры, от первоначального направления двкже- НИН. Для исключения этого эффекта необходимо максимально уменьшить перпендикулярную направлению пучка составляющую электрического поля, С этой целью в предлагаемую конструкцию ана- лизатора может быть введен блок 3 выравнивания электрического поля, состоящий из диафрагм , установлен- ных непосредственно за ионизационной камерой 1 и соединенных делителем 5 напряжения. Для стандартного много - канального анализатора Наиболее удачной представляется конструкция, состоящая из 10 диафрагм, расположенных на расстоянии 3 мм одна от дру- гой, с равномерным распределением напряжения по диафрагмам. Пакет диафрагм, разделенных изолирующими тай96

бами, может быть закреплен на ионизационной камере, выполненной в виде металлического бочонка, закрепленного на корпусе анализатора через теф- лоновьй изолятор. Такая конструкция анализатора позволяет сохранить неизменной чувствительность анализатора вплоть до 80% торможения ионов (фиг. 2). Эта величина и использовалась в приведенных расчетах, В этом случае энергетический диапазон прибора увеличивается в 1,8 раза н достигает 90 кэВ.

Подобная конструкция существенно расширяет возможности многоканальньк анализаторов атомов. Она позволяет использовать одинаковые приборы на установках с самыми различными параметрами плазмы, а также в целом ряде специфических условий (например, при исследованиях методов дополнительного нагрева плазмы), когда требуется подробное-изучение отдельных участков энергетического спектра атомов. Конструкция анализатора с регулируемой дисперсией южет быть использована -для изучения спектров атомов с разной степенью подробности в процессе одного разрада плазменной установки путем подачи меняющегося в процессе разряда напряжения на ионизационную камеру.

Л , отн rf.

п fiq 60 во . /л7

фиг. 1

а

О

б

«

гз ц 0.5 .. плл л л5

го

5

1015

7,5

ZO ,отн.е