ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАЛОЭНЕРГЕТИЧНОЙ ПЛАЗМЫ Советский патент 1972 года по МПК G01N27/66 

Изобретение относится к устройствам для физических исследований космического иространства и может быть использовано для измерения параметров малоэнергетичной плазмы, имеющейся в магнитосфере Земли и вне ее. К числу измеряемых параметров относятся: потоки заряженных частиц, направление их прихода и распределение этих частиц по энергиям. Результаты измерений позволяют судить о физических процессах, происходящих в космическом пространстве.

Для измерения параметров малоэнергетичной плазмы обычно применяют электростатический анализатор, в котором для анализа заряженных частиц по энергиям используется отклоняющее электростатическое поле. Кинетическая энергия частиц в анализаторах не изменяется, а траектории движения становятся криволинейными.

Однако электростатические анализаторы имеют недостатки. Они не позволяют непосредственно измерять интегральные потоки; регистрируемые ими потоки заряженных частиц имеют малую величину из-за селекции их в узком энергетическом диапазоне (следовательно, требуется повысить чувствительность электронной регистрирующей схемы); при регистрации частиц с энергией от 1 до EZ щирина энергетического диапазона (EZ-fi) не может быть выбрана сколь

угодно малой. Относительная щирина диапа„ А / „ i + з зона где Е - --средняя энерii Y

гия 1 в лучщих современных анализаторах не /

может быть меньше несколькнх процентов. Относительная ширина энергетического диапазона б по принципу регистрации является постоянной величиной для всего исследуемого диапазона энергий. Поэтому при изменении средней энергии Е абсолютная ширина энергетического диапазона Af не остается постоянной, а растет с ростом энергии. Это сужает возможности анализа, особенно в случае неравновесных распределений частиц п плазме.

Предлагаемый датчик позволяет при регистрации потоков космической плазмы получить узкую и симметричную диаграмму направленности, повысить при этом абсолютные значения измеряемых токов и, кроме того, обеспечивает регистрацию частиц в любом диапазоне энергии. Это достигается благодаря новому способу

измерения потоков заряженных частиц, основанному на отражении и фокусировке этих частиц с последующим анализом их энергий методом задерживающего потенциала.

Датчик состоит из отражающего узла (электростатического зеркала) и коллекторного узла.

Отражающий узел выполнен в виде вакуумного электростатического конденсатора, состоящего из двух металлических обкладок (электродов), разделенных вакуумным нромежутком. Конденсатор размещен внутри сплошного металлического корпуса 1. Одной из обкладок конденсатора служит тонкая высоконрозрачная металлическая сетка 2. Она является передней (входной) поверхностью корпуса 1 и имеет форму параболоида вращения, Внутри корпуса на изоляторах 3 укренлен отражатель 4, который представляет собою вторую обкладку конденсатора. Отражатель также имеет форму конфокального параболоида вращения.

Электростатический конденсатор может иметь любую форму поверхности второго порядка с фокусом.

Коллекторный узел крепится к корпусу / с помощью тонких кронщтейнов 5. Этот узел заключен в металлическнй экранирующий стакан 6, внутри которого на изоляторах 7 установлены коллектор S и запирающая сетка 9. Входное окно стакана, обращенное в сторону зеркала, затянуто металлической сеткой 10, которая электрически соединена со стаканом. Расстояние от коллекторного узла до корпуса 1 должно быть таким, чтобы фокус электростатического зеркала находился между коллектором 8 и входной сеткой W. Это позволяет значительно уменьшить площадь коллекторного узла по сравнению с площадью зеркала и, следовательно, уменьщить площадь облучаемой светом поверхности и повысить отнощение величины полезного сигнала к величине фона, обусловленного фототоками прибора. Кроме того, интенсивность освещения коллектора также значительно уменьшена благодаря тому, что коллекторный узел может быть освещен только светом, отраженным от электродов конденсатора. К тому же интенсивность этого отраженного света может быть снижена за счет нанесения на электроды конденсатора покрытий, эффективно поглощающих световое излучение.

Соотнощение размеров входного окна коллекторного узла и фокусного расстояния зеркала определяет остроту диаграммы направленности.

При работе датчика соединяют корпус 1, сетку 2, кронщтейн 5, стакан 6 и сетку 10 с корпусом летательного аппарата, подают на отражатель анализирующее напряжение И, знак и величина которого определяет знак регистрнруемых частиц и их максимальную энергию, подают на сетку 9 заннраюнтее напряжение, величина которого определяет минимальную энергию регистрируемых частиц, на коллектор 8 подают напряжение смещения относительно сетки 9 для подавления вторичной эмиссии с коллектора.

Потоки регистрируемой плазмы попадают в зазор между сеткой 2 и отражателем 4, анализирующее напряжение U создает в этом зазоре электростатическое поле. Проникающая в зазор п.газма разделяется на дие комноненты: поло ::ительную и отрицательную. В зависимости от знака напряження и одна из этих компонент ускоряется, и частицы, составляющие эту компоненту, попадают

на отражатель 4. Частицы противоположного знака тормозятся в поле электростатического зеркала. Если их энергия достаточна для преодоления тормозящего поля, они также попадают на отражатель 4. Если же энергия недостаточна - частицы отражаются и выходят из зазора в обратном направлении. Прн этом за счет формы электростатического зеркала все отраженные частицы, которые первоначально (до входа в зазор) двигались

параллельно оси круговой симметрии датчика, сфокусируются вблнзн одной точ;(и - фокуса. Частицы с другими наиравлениямн первоначального движения пройдут вдали от точки фокуса. Те частицы, которые достигли района фокуса, попадают в коллекториый узел. Пройдя сквозь сетку 10, они попадают под воздействие запирающего потенциала, поданного на сетку 9. Если энергия частиц достаточна для преодоления потенцнального барьера сетки 9, то они проходят ее и попадают на коллектор 8. Такнм образом, датчик дает возможность регистрировать частицы онределенного знака с энергиями от Е-, до ЕЧ и с направлением движения нараллельно оси датчика.

Коиструктивное выполнение датчика позволяет повысить эффективность его работы, а именно:

использовать больщую площадь входной

иоверхности, что увеличивает регистрируе.мый сигнал без ухудщения энергетических характеристик;

достичь острой и симметричной угловой диаграммы направленности;

регистрировать интегральные потоки в -заданном диапазоне энергий и обеспечить измереиие абсолютной щирины диапазона А/Г по любому закону; эффективно -нодавлять фототоки за счет

того, что приемный узел не направлен на Солнце н имеет площадь значительно меньшую, чем нлондадь входной поверхности конденсатора;легко нзменять ширину угловой диаграммы

направлепности за счет изменения размеров входного окна коллекторного узла;

при одном отражающем узле регистрировать одновременно нотоки частиц, имеющих различные направления, устанавливая несколько нриемников в различные точки фокальной поверхности.

мическом пространстве, содержаиигл электростатический анализатор, отличающийся тем, что, с целью сужения диаграммы направленности, анализатор выполнен в виде электростатического зеркала, которое имеет форму поверхности второго иорядка, например форму параболоида вращения, причем один электрод анализатора, обращенный в сторону регистрируемого потока, выполнен в виде высокопрозрачной металлической сетки так, что

обеспечивается фокусировка отраженных от зеркала заряженных частиц в точку пространства, где установлен коллекторный узел, экранированный от случайных потоков частиц.

2. Датчик по п. 1, отличающийся гем, что коллекторный узел содержит секционированный собирающий электрод, каждая секция которого регистрирует частицы в определенном угловом диапазоне.

Л усилителю