Источник молекулярного пучка Советский патент 1990 года по МПК H05H3/02 

Изобретение относится к технике физического эксперимента, в частности к источникам молекулярных пучков, где в качестве рабочей среды используются нейтральные молекулы разреженного газа.

Цель изобретения - увеличение плотности молекул газа в области фокусировки за коллиматором при неизменном общем расходе газа через источник молекулярного пучка,

На чертеже показан предлагаемый источник.

Источник молекулярного пучка содержит сферический коллиматор 1 с входной плоскостью 2, который состоит из пучка параллельных друг другу и оси набегающего потока тонкостенных цилиндрических капилляров 3, полученного их спеканием с последующим вытягиванием. Коллиматор 1 имеет сферическое выходное сечение 4, ва- куумно-плотно закреплен в перегородке 5, разделяющей камеру коллиматора и рабочую камеру, с помощью обоймы 6.

Однородный прямолинейный поток разреженного газа направляют на колли- матор 1 (показано стрелками) с выходной плоскостью 2. Линии тока потока почти параллельны друг другу, центральной оси потока и, следовательно, составляют нулевой , угол атаки с продольными осями капилляров 3. Выходная плоскость капилляра 3 имеет косой срез, так как выходное сечение 4 коллиматора 1 сферическое. Поэтому, пройдя через капилляр 3, элементарный молекулярный пучок отклоняется на некоторый угол 6 , заключенный между углами 6i и да , определяемыми, в свою очередь, условиями течения газа в капилляре 3 (например, режимом течения газа) и его геометрией. В итоге суммарный молекулярный пучок в соответствии с выбранным радиусом кривизны сферического сечения 4 фокусируется в заданной области (область фокусировки схематично показана пунктиром). Для ваку- умно-плотного закрепления пучка капилля ров в перегородке 5 служит обойма 6. Необходимая степень разрежения в камере коллиматора и рабочей камере поддерживается вакуумной системой откачки (показано стрелками).

При наличии нулевого угла атаки а на входе в коллиматор для всех его капилляров увеличивается плотность молекул в зоне фокусировки при неизменном расходе газа через источник. Для качественной оценки влияния ориентации капилляра коллиматора по отношению к линиям тока набегающего потока на величину плотности в зоне фокусировки в случае свободномолекуляр,-

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ного режима течения газа в капилляре коллиматора можно использовать выражение, полученное из формулы, устанавливающей связь давления в резервуаре Pi свободно- молекулярного зонда, расположенного под углом атаки а к набегающему потоку, со статическим давлением этого потока, где зонд представляет собой цилиндрический канал с относительной длиной 1 L/d (L - длина канала, d - внутренний диаметр канала) с резервуаром на одном из его концов.

Р п 1 t/; (S , I , а)

Р2 Г12 (S , I , а 0)

где

«s,i.«)%if; з м„.

где РЗ, П2 - давление и плоскость газа в резервуаре при а 0;

m - плотность газа в резервуаре при

W(S,1, a),W(0,l) - коэффициенты Клау- .зинга соответственно для молекул газа, поступающих в резервуар через канал, и молекул газа, уходящих из .зонда;

S - скоростное отношение;

у-показатель адиабаты; .

Моо-число Маха в невозмущенном потоке.

При рассмотрении системы, связанной с молекулярным пучком, значение коэффициента Клаузинга в знаменателе t/Jбудет .иным, чем W(0,l), поскольку S 0. Однако для качественной оценки достаточно пренебречь влиянием угла а на -S за выходной плоскостью канала, где само S учитывается в функции распределения молекул по скоростям в молекулярном пучке и, следовательно, в коэффициенте Клаузинга, находящемся в знаменателе V Таким образом, коэффициенты Клаузинга, находящиеся в знаменателе, указанном в выражении взаимно уничтожаются и поэтому при оценке можно пользоваться значениями ip . полученными для зондов свободномолекулярно- го давления. Для длинного капилляра, например, выигрыш в плотности при S 5, cz 30 сос-тавляет П1/П2 63/18 3,5.

По сравнению с известным предлагаемый источник молекулярного пучка позволяет при неизменном расходе газа увеличить плотность в зоне фокусировки не менее чем в 3 раза, за счет увеличения коэффициента прозрачности коллиматора также увеличивается плотность молекул газа в зоне фокусировки. Если в известном источнике коэффициент прозрачности составляет не более 0,65, то в предлагаемом 0,95 и плотность молекул в зоне фокусировки только при учете фактора прозрачности увеличивается в 1,5 раза. Снижаются также требования к быстроте действия вакуумной системы откачки источника молекулярного пучка. Например, при создании плотности в зоне фокусировки 10 м и сохранении давления в рабочей камере 5 10 Па достаточна быстрота действия откачки 0,7 (1,2 в известном источнике). Формула изобретения Источник молекулярного пучка, содержащий коллиматор со сферической выходной плоскостью, вакуумно-плотно

закрепленный в перегородке, разделяющей камеру коллиматора и рабочую камеру, о т- личающийся тем, что, с целью увеличения плотности молекул газа в области фокусировки за коллиматором при

неизменном общем .расходе газа через источник молекулярного пучка, капилляры в коллиматоре расположены параллельно друг другу и оси набегающего потока, при этом каждый капилляр имеет в выходном

сечении косой срез, выполненный так, что нормали к плоскости среза каждого из капилляров сходятся в точке фокуса.

Изобретение относится к технике физического эксперимента, в частности к источникам молекулярных пучков. Цель изобретения - увеличение плотности молекул газа в области фокусировки за коллиматором при неизменном расходе газа через источник молекулярного пучка. Источник молекулярного пучка содержит сферический коллиматор 1 с входной плоскостью 2, который состоит из пучка параллельных друг другу к оси набегающего потока газа тонкостенных капилляров 3. Коллиметр 1 имеет сферическое выходное сечение 4 и вакуумно плотно закреплен в перегородке 5, разделяющей камеру коллиматора и рабочую камеру, с помощью обоймы 6. 1 ил.