БИБЛИОТЕКА ' 'Б. Н. Маков Советский патент 1971 года по МПК G01N27/62 

Изобретение иредназначено для исследования и анализа материалов с помощью электрических и магнитных средств путем исследования ионизации газов, точнее плазмы.

Известные сиособы зондовых измерений ионного тока из плазмы, находящейся в магнитном иоле, не позволяют измерять ток ионов на мишень с необходимой точностью.

Трудность в измерении ионного тока заключается в том, что ионы, падая на поверхность мищени, освобождают из нее вторичные электроны в результате потенциального и кинетического вырывания. Вторичные электроны, покидающие мишень, увеличивают кажущийся ионный ток на мишень, который обычно и измеряется в цепи мишени. В связи с тем, что величина вторичного электронного тока зависит от многих факторов, например от природы поверхности мишени и природы ионов, сделать поправку на величину вторичных электронов не представляется возможным. Ошибки в измерении тока за счет вторичных электронов, покидающих мишень, могут изменяться от единиц до сотен процентов.

Цель изобретения -повысить точность измерений ионного тока за счет полного учета вторичного электронного тока с мишени.

Это достигается за счет соблюдения определенной описанной ниже последовательности измерений, реализуемой в зонде, который содержит плоскую мишень, располагаемую параллельно линиям магнитного поля; экран с отверстием, параллельный миШени; и два коллектора вторичных электронов, расиоложенных по окружности вокруг мишени и выступающих над ее поверхностью по направлению к экрану.

Согласно предлагаемому способу, зонд в замагниченной плазме располагают так, что

направление от первого коллектора ко второму перпендикулярно направлению силовых линий магнитного поля, затем подают на мишень отрицательной относительно экрана потенциал, по абсолютной

величине не меньший потенциала, при котором происходит резкое уменьщение тока на первый коллектор, измеряют токи на второй коллектор и на мишень, и из тока на мишень вычитают ток на второй коллектор.

На чертеже изображена схема для осуществления предлагаемого способа. Она содержит мишень /, полуцилиндрические коллекторы 2 и 3, источник 4 напряжения, с помощью которого на мишень подают отрицательный относительно экрана потенциал, прибор 5, измеряющий суммарный ток мишени, приборы 6 и 7, измеряющие токи коллекторов, и прибор 8, показания которого при осуществлении способа представляют действительный ионный ток.

направление магнитного поля в плазме, волнообразной стрелкой 10 показано направление дрейфа вторичных электронов, выбитых с мишени.

При подаче отрицательного потенциала на мишень у ее поверхности образуется ленгмюровский слой, толпдина которого описывается уравнением Чайлда-Ленгмюра-законом «трех вторых. Следовательно, вторичные электроны, освобожденные из поверхности мишени,

дрейфуют в скрещенных Е, Н полях в направ; с ЕН

лении к коллектору со скоростью V

Мз

где с - скорость света, Е и Я - напряженность электрического и магнитного полей. Для случая, показанного на чертеже, скорость дрейфа электронов направлена в сторону коллектора 3. Часть вторичных электронов может снова поглотиться мишенью, так как траектории электронов близки к циклоиде и электрон на пути к коллектору несколько раз приближается к поверхности мишени. Однако в некоторых случаях ток вторичных электронов с мишени составляет более 100% от ионного тока на мишень.

Для измерения тока вторичных электронов необходимо, чтобы фон из плазмы на коллектор был пренебрежимо мал по сравнению с измеряемым током. В предлагаемом способе это достигается благодаря тому, что при увеличении отрицательного потенциала мишени толш;ина слоя перед мишенью возрастает, особенно за краем отверстия в экране, где плотность тока ионов на мишень резко падает по мере удаления от центра. По этой причине толщина сдоя у крышки экрана также возрастает с увеличением расстояния от центра отверстия.

Указанные слои сливаются при некотором потенциале мишени и тем самым ограначивают растекание плазмы в зазоре. При этих потенциалах мишени ток из плазмы на коллектор сокращается примерно до 1 мка. Измерения можно производить при отрицательных потенциалах мишени, больших этого критического потенциала.

Для измерения вторичного электронного тока необходимо, чтобы ток вторичных электронов с мишени полностью собирался коллектором. С этой целью расстояние между мишенью и экраном надо подбирать так, чтобы в заданном интервале изменений потенциалов мишени и величин напряженности магнитного поля высоты траекторий электронов не превышали этого расстояния и вторичные электРОНЫ не шли на крышку экрана. В этом случае ток, измеряемый прибором 8, является действительно ионным, а ток, измеряемый прибором 7, равен току вторичных электронов с мишени.

Предмет изобретения

Способ измере1шя ионного тока из плазмы, находящейся в магнитном поле, носредство.м

вносимого в плазму зонда, содерл ащего плоскую мишень, располагаемую параллельно силовым линиям магнитного поля, экран с отверстием, параллельный мишени, и два коллектора, выполненные в виде полуцилиндров,

располол ;енных по окружности вокруг мишени и выступающих над ее поверхностью по направлению к экрану, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет учета вторичного электронного тока

с мишени, зонд располагают так, что направление от первого коллектора ко второму перпендикулярно направлению силовых линий магнитного поля, подают на мишепь отрицательный относительно экрана потенциал, по

абсолютной величине не меньший потенциала, при котором происходит резкое уменьшение тока на первый коллектор, измеряют токи на второй коллектор и на мишень, и из тока на мишень вычитают ток на второй коллектор.