Способ определения спектра импульсного электронного потока Советский патент 1992 года по МПК G01T1/29 

(46) 23.07.92.Вкш. № 27

(21)4706536/25

(22)16.06.89

(72) Н.В.Минашкнн, П.Д.Селемир и Н.В.Степанов с (53) 621.387.424(088.8)

(56)Козлов И.Г. и др. Современные проблемы электронной спектроскопии. П.: Атомиздлт, 1978, с. 7-29.

Москалев Г..Л. и др. Измерение параметров пучков заряженных частиц. М.: Атомиэдат, 1980, с. 73-76.

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СШ-ЖТГА ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА

(57)Изобретение относится к способу определения спектра импульсного электронного потока. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости измерений путем увеличения мощности полезного сигнала яа счет увеличения тока электронного пупка, достигающего регистратора. Способ чает фокусирование исследуемого электронного потока продольным магнитным полем соленоида, формирование электронного пучка коллиматором, диспергирование пучка по энергиям с помощью тороидального магнитного поля сек- тора торонда и регистрацию пространственного распределения плотности то- кя о диспергированном пучке регистратором. Направление оси коллиматора обеспечивает ввод электронного пучка в диспергирующее тороидальное магнитное поле вдоль его силовых линий. 1 ил.

Изобретение относится к области спектрометрии ионизирующих излучений, в частности, к спектрометрии заряженных частиц, и предназначено для использования при исследованиях спектра интенсивных импульсных электронных потоков в условиях сильных электромагнитных помех.

Известно большое количество способов определения спектра различных электронных потоков. Недостатком большинства этих способов является то, что они не могут обеспечить регистрацию распределения электронов по энергиям во всем спектре после одного импульса электронного потока.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения

спектра импульсного члектронного потока, реализованный в спектрометрах с однородным поперечным магнитным полем. Суть этого способа заключает- ся в том, что исследуемый электронный поток коллик. фуют, сформированный таким образом электронный пучок диспергируют по энергиям с помощью магнитного поля, поспе чего регистрируют пространственное распределение плотности тока в диспергированном пучке. При этом поток перед колли- мированием экранируют от внешних магнитных полей, в том числе и от диспергирующего магнитного поля, а в качестве диспергирующего используют однородное поперечное магнитное поле.

е& оо

оэ ел

00

-11681658

Недостатком прототипа является сильной ограничение тока пучка, достигающего регистратора, что определяет мялуго мощность полезного сигнала,

10

тельно, низкую помехоустойчивость измерений. Экранировка потока перед коллимированием исключает возможность его фокусирования, поэтому под действием кулойовских сил расталкивания поток расходится, плотность тока в нем падает, что и ограничивает величину тока пучка, формируемого коллиматором и вводимого в область диспергирующего магнитного поля. Использование в качестве диспергирующего однородного поперечного магнитного поля определяет расхождение пучка под действием кулоновских сил расталкива- 2о ослабить (или исключить) расхождение

15

Фокусирование электронного им ока перед коллимировпнигм позволяет ослабить (или исключить) расхождение потока под действием кулоповских сил расталкивания, тем самым увеличивает ся плотность тока (по сравнению со случаем отсутствия фокусировки) и, следовательно, возрастает ток пучка, формируемого коллиматором и вводимого в область Диспергирующего магнитного поля.

Использование п качестве дисперги рующего тороидального магнитного поля при условии, что электронный пучо вводят в него вдоль его силовых линий, обеспечивает для движущихся в нем моноэнергетичных электронов двух мерную фокусировку, что позволяет

ния в направлении вдоль силовых линий поля, так как фокусировка электронов в этом направлении в таком поле отсутствует. Поскольку размеры регистратора в этом направлении ограничены, то и величина тока пучка, достигающего регистратора, будет ограничена.

В реальных спектрометрах, реализующих способ-прототип, ток пучка, достигающего регистратора, не превышает единиц ампер, что определяет малую мощность полезного сигнала и не позволяет использовать такие спектрометры в условиях сильных электромагнитных помех ввиду низкой помехоустойчивости измерений.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости измерений путем увеличения мощности полезного сигнала за счет увеличения тока электронного пучка, достигающего регистратора.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения спектра импульсного электронного потока, включающем коллимирование электронного потока, диспергирование сформированного коллиматором электронного пучка по энергиям с помощью магнитного поля и регистрацию пространственного распределения t плотности тока в диспергированном пучке, электронный поток перед коллимированием фокусируют, в качестве диспергирующего используют тороидальное магнитное norte, причем ввод пучка в это поле олуществляют вдоль его силовых линий.

25

30

35

пучка под действием кулоновскнх сил расталкивания в направлении, перпендикулярном направлению разделения электронного пучка по энергиям. Это позволяет увеличить ток пучка, дости гающего регистратора.

Таким образом, снимается жесткое ограничение на величину тока пучка, достигающего регистратора: фокусирование потока перед коллимированнем обеспечивает возможность введения в диспергирующее магнитное поле пучка с большим током, а фокусирующие свойства используемого в качестве диспергирующего тороидального магнитного поля обеспечивают достижение этим пучком регистратора. В результате возрастает (но сравнению с прототипом мощность полезного сигнала, снимаемого с регистратора, и за счет этого увеличивается помехоустойчивость измерений .

Известно использование в качестве диспергирующего тороидального Магнитке лого поля (в электронном спектрометре Владимирского). Однако в данном спектрометре ввод исследуемого электронного потока осуществляют через специальные промежутки между витками электромагнита перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, поэтому фокусирующие свойства тороидального магнитного поля, используемые в предлагаемом решении, здесь не проявляются.

Известен модифицированный бетатрон, ъ котором ввод и движение электронов происходит в тороидальном магнитном поле вдоль его силовых линии.

40

50

55

ослабить (или исключить) расхождение

Фокусирование электронного им ока перед коллимировпнигм позволяет ослабить (или исключить) расхождение потока под действием кулоповских сил расталкивания, тем самым увеличивается плотность тока (по сравнению со случаем отсутствия фокусировки) и, следовательно, возрастает ток пучка, формируемого коллиматором и вводимого в область Диспергирующего магнитного поля.

Использование п качестве диспергирующего тороидального магнитного поля при условии, что электронный пучок вводят в него вдоль его силовых линий, обеспечивает для движущихся в нем моноэнергетичных электронов двухмерную фокусировку, что позволяет

5

0

5

пучка под действием кулоновскнх сил расталкивания в направлении, перпендикулярном направлению разделения электронного пучка по энергиям. Это позволяет увеличить ток пучка, достигающего регистратора.

Таким образом, снимается жесткое ограничение на величину тока пучка, достигающего регистратора: фокусирование потока перед коллимированнем обеспечивает возможность введения в диспергирующее магнитное поле пучка с большим током, а фокусирующие свойства используемого в качестве диспергирующего тороидального магнитного поля обеспечивают достижение этим пучком регистратора. В результате возрастает (но сравнению с прототипом) мощность полезного сигнала, снимаемого с регистратора, и за счет этого увеличивается помехоустойчивость измерений .

Известно использование в качестве диспергирующего тороидального Магните лого поля (в электронном спектрометре Владимирского). Однако в данном спектрометре ввод исследуемого электронного потока осуществляют через специальные промежутки между витками электромагнита перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, поэтому фокусирующие свойства тороидального магнитного поля, используемые в предлагаемом решении, здесь не проявляются.

Известен модифицированный бетатрон, ъ котором ввод и движение электронов происходит в тороидальном магнитном поле вдоль его силовых линии.

0

0

5

Здесь тороидальное магнитное иоле используют с целью фокуснропкн моноэнегетического пучка электронов, однако диспергирующее свойство этого поля, на котором оскопано его нспользоиа- иие в предлагаемом решении, отрицательно влияет на работу модифицированного бетатрона и подавляется с помощью специальных мер.

На чертеже схематически изображен спектрометр, с помощью которого реализуется способ.

Спектрометр состоит из соленоида 1, коллиматора 2, сектора тороида 3 и регистратора 4.

Способ реализуется следующим образом.

Исследуемый электронный поток вводится по оси соленоида 1, продольное магнитное поле которого фокусирует поток перед коллнмироваинем. Диспергирующее тороидальное магнитно поле создается сектором тороида 3 (тороид представляет собой провод, навитый на каркас, имеющий форму тока). Ось коллиматора 2 является касательной к силовым линиям поля сектора торонда 3, тем самым ввод сформированного коллиматором электропно- го пучка происходит вдоль силовых линий диспергирующего тороидального магнитного поля. Магнитное поле рассеяния на входе в сектор тороида пренебрежимо мало, так как средние величины напряженностей магнитного поля на выходе соленоида и на входе тороида совпадают, что легко может быть обеспечено в реальном устройстве

При движении пучка в тороидальном магнитном поле происходит разделе- . ние электронов с различными энергиями за счет зависимости суммарной скорости центробежного и градиентного дрейфа электронов от их энергии Направление скорости дрейфа перпендикулярно медианной плоскости сектора .тороида. Диспергированный таким образом пучок попадает на регистратор, который может представлять из себя, в частности, секционированный коллектор. Регистратор размещен внутри сектора торонда, чтобы исключить влияние рассеянного магнитного поля на выходе сектора тороида на движение электронов.

Для представленной на чертеже схемы конструкции спектрометра на ЭВМ было рассчитано пространственное расгтпля, в котором

0

5

0

5

0

5

0

5

0

иределепие магнитного также с ЭВМ были рассчитаны траектории движения электронов с различными энергиями для потоков с различными плотностями тока. Результаты проведенных расчетов, л также эксперименты показывают, что при обеспечении такой же разрешающей способности, что и в -лучших спектрометрах, реализующих способ-прототип (2,57, при определении граничной энергии и 10/J при измерении непрерывного спектра), ток пучка, достигающего регистратора, может быть увеличен до десятков (до сотни) ампер, что в 10-50 раз больше аналогичного показателя способа-прототипа. Тем сямым обес течивает- ся соответствующее увеличение мощности полезного сигнала, снимаемого с регистратора, и, следовательно, повышается помехоустойчивость измерений.

Хотя спектрометр, реализующий способ, будет, скорее всего, превосходить прототип по габаритам,а также потребует высоковольтного блока питания для запиткн обмотки электромагнита, благодаря обеспечиваемой этим способом повышенно помехоустойчивости измерений может быть значительно расширена сфера применения маг- нитиггх электронных спектрометров, характеризующихся высокой разрешающей способностью, поскольку этот способ позволяет снизить требования к уровню помех в экспериментах с интенсивными импульсными электронными потоками. Тем самым будет повышена точность измерения спектра электронов в таких весьма актуальных экспериментах .

Формула изобретения

Способ определения спектра импульсного электронного потока, включающий коллямнрование электронного потока, диспергирование сформированного коллиматором электронного пучка по энергиям с помощью магнитного поля н регистрацию пространственного распределения плотности тока в диспергированном пучке, .о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости измерений, путем увеличения мощности полезного сигнала за счет увеличения тока электронного пучка, достигающего регистра716816588

тора, электронный поток перед кол- ное магнитное поле, причем ввод пучки лимированием фокусируют, в качестве в это поле осуществляют вдоль его диспергирующего используют тороидаль- силовых линий.