Электростатический анализатор заряженных частиц Советский патент 1974 года по МПК G01T5/00 

(54) ЭЛЕКТРЧЮТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ЗАРЯЖЕННЫХ Изобретение относится к устройствам для : измерения спектральных распределений потоков заряженных частиц малых энергий. Одна из актуальных задач в современной экспериментальной физике - повышение чувствительности аппаратуры для измерения .малых потоков заряженных частиц с энергией от 0,01 до 1О-5О кэв. Обычно для подобных измерений используют сферические электростатические анализаторы и дискретные детекторы частиц - вторичные электрон ные умножители или канальные электронные умножители. В таких устройствах минимально измеряемая плотность йзотропноТо потока частиц Ф связана с минимальной N слескоростью счета детектора мин дующим выражением: 4Tl ssi/in

ЧАСТИЦ } - фактор пропускания анализатора. Известны электростатические анализатс ры заряженных частиц, coctosmuae из откл1 няоюще о конденсатсфа, детектора и источ« ника питания. Применяемые в настоящее время анали заторы характеризуются небольшим углом поля зрения S , в результате чего для определения полного потока частиц, падаю.Шего с разных сторон на единицу площади, необходимо либо знать функцию углового распределения частиц а потоке, либо вращать объект или прибор впространстве, j что не всегда возможно. Таким образом, I при N 1-1О мип/сек, . 2 см стер, JUfl wO,25 минимально из|меряемая плотность потока частиц Ф нахшится в пределах от 1О до 1О /см .сек. Из приведенных данных видно, что для повышения чувствительности измерений при прочих равных условиях необходимо по возможности увеличить геометрический фактор анализатора, т. е. § и S2 Уве-J

jmHiuaaTb угол поля зрения анализатора аа счет увеличения зазора ( между электродами или их размеров нецелесообразно, поскольку увеличение зазора при сохранении величины среднего радиуса траектории частиц в анализаторе при-

водит к увеличению отношения Д-- и,

соответственно, к ухудшению энергетического разрешения , АЬ. , пропорциональСА D , ного величине -- , а увеличение радиуса fjg приводит к резкому увеличению габаритов прибора, что в ряде экспериментов недопустимо. Кроме того, дискретные де- ; текторы имеют входное окно незначитель- ной площади ( S ,01-1 см) и узкую диаграмму направленности в пространство, .так что при увеличении площади входного окна и угла поля зрения анализатора затрудняется стьшовка детектора и анализатора.

Цель изобретения - повышение чувстви- тельности и точности измерений спектральных распределений потоков заряженных частиц малых энергий за счет увеличения площади входного окна и угла поля зрения анализатора при сохранении высокого энергетического разрешения прибора. Достигаете ч она тем, что каждый электрод анализатора выполнен в виде соединенных полус юры и тора, электроды расположены конiцентрически друг относительно друга, причем наружная полусфера и часть наружноIo тора изготовлены из сетки.

Устройство представлено на чертеже. Анализатор состоит из отклоняющего конденсатора в виде наружной и внутренней полусфер 1 и наружного и внутреннего торов 2, детектора 3 и источника отклоняющих напряжений 4. Наружная полусфера выполнена в виде сетки из электропроводящего материала для пропуска частиц Е анализатор независимо от направленности потока в пространстве. Внутренняя полусфе ра выполнена из сплошного проводящего материала. Наружный электрод тора от полусферы до точки перегиба А также представляет собой сетку обеспечения всена- правленной регистрации потока частиц, а после топси перегиба выполнен из сплош- ного полупроводникового материала, находящегося в точке А в элеК1рическом контакте с сеткой. Внутренний электрод тора, находящийся в электрическом контакте с внутренней полусферой, tio точки перегиба А выполнен из сплошного полупроводникового материала, а после точки перегиба до выходного окна - из электропроводного материала. В качестве проводящего материала электродов могут быть использованы такие . : материалы, обладающие высокой электропроводностью, как серебро, золото, никель, вольфрам и т. д., а в качестве полупроводникового материала - либо материалы с высоким удельным сопротивлением, либо различные полупроводниковые пленки нанесенные на электроизоляционную поверхность из фторопласта, винипласта, стекла, и т. а... .

Для проведения энергетического анализа потоков частиц, например электронов, целесообразно заземлять наружную сетку и ТОЧ ки перегиба (точки с минимальной кривизной) тороидальной части, а положительный потенциал подавать на внутреннюю сферу и на наружное выходное кольцо тороидальной части анализатора. Для обеспечения условий поворота частиц и постоянства электричеОКОЙ характеристики анализатора тороидальные пластины, расположенные концентрически, выполнены таким образом, что tJipR 3

; :г COtlSt, а вe шчины (Л И

Ufjo4

равны аналогичным величинам для сферической части анализатора (ft -. средний раОт

диус кривизны тороидальных пластин; d . зазор между пластинами, который для торо дальной части анализатора берется между двумя точками пластин, радиусы кривиз им в которых лежат на одной прямой,I Уй - разносто потенциалов между точками).

; Таким образом, в устройстве осуществI ляется электрический контакт всех элемен тов наружного электрода и соответственно всех элементов внутреннего электрода анализатора, исключается действие краевых попей, которые возникают при последовательной стыковке нескольких анализатог

ров с разнополярными потенциалами питания, и наиболее благоприятным образом

5 происходит стьпсовка сферического анализаI тора и дискретного детектора частиц. КроI ме того, можно использовать любой детектор, в том числе и коллекторный, В случае

регистрации положительно заряженных частиц (протонов, ионов и т. д.) необходима

I пвреполюсовка подярйосТи питающего напр я|жения. 5 I Если надо пощгчить узконаправленную

систбмы следует заменить сплошной проводниковой поверхностью.

Предмет изобретения

Электростатический анализатор заряженных частиц, состоящий из отклоняющего конденсатораJ детектора и источника питания, отличаю щийс я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, электроды отклоня. ющего конденсатора выполнены в виде частей сфер и торов, наружная полусфера электрически соединена с наружны торому внутренняя полусфера - с внутренним то-

электроды расположены концантр 4че-.

ром.

ски друг относительно друга в наружи электроде полусфера и часть тора от п

,лусферы до точки перегиба выпош1ены из про

водящего материала в виде сетки, а ча ;ть тора от точки перегиба до точки подач

отклоняющего напряжения - из полупрово .никового материала, во внутреннем эл жтроде часть тора от полусферы до точки перегиба выполнена из полупроводниковог

ма тернала, а остальные части - из npoaoj я- ны щего материала, причем радиусы криви обЬатэггектродов тора имеют зависимость. но пропорциональную напраяселиостп

зазоре анализатора.

IHiiHI

Hapesucmg amop