СТАБИЛИЗАТОР ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1972 года по МПК H03C1/00 H03G9/00 

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в электронных микроскопах, электростатических масс- Н бета-спектрометрах, ускорителях и других приборах, где требуется высокая точность стабилизации больших напряжений.

Предлагаемый стабилизатор высокого напряжения относится к классу приборов, в которых стабилизация наирял ения осундествляется методом контроля с помощью магнитного анализатора скорости электронов, ускоренных стабилизируемым напряжением. Стабильность выходного напряжения таких стабилизаторов, определяется его линейной дисперсией и аберрациями, а так же стабильностью тока эмиссии электронной иушки.

Цель изобретения - повышение долговременной стабильности выходного напряжения стабилизатора путем повышения стабильности магнитного поля анализатора и увеличения его дисперсии; отказ от необходимости термостабилизации деталей магнитного анализатора; повышение чувствительности управляющего устройства стабилизатора благодаря повышению тока электронного пучка, а также устранение влияния флуктуации тока электронного пучка на точность стабилизации выходного напряжения.

ный анализатор, состоящий из магнитной призмы с двумерным полем и осесимметричной магнитной линзы, и вводится модуляция магнитного поля призмы или ускоряющего напряжения.

В отличие от анализатора с полукруговой фокусировкой, однородное магнитное поле которого одновременно является как диспергирующим, так и фокусирующпм, в магнитном

призменном анализаторе диспергирующее и фокусирующее поля разделены. Диспергирование пучка электронов по импульсу проводится в поле двумерной магнитной призмы, а его фокусировка- в поле осесимметричной магнитной линзы.

Линейная дисперсия магнитного иризменного анализатора с одной линзой определяется углом выхода пучка из призмы и расстоянием L вдоль траектории от точки выхода пучка

электронов из призмы до приемной щели коллектора

D Liga.

В режиме телескопичности угол выхода электронов из призмы, равный углу входа,определяется интегральным потоком Л напряженности магнитного поля призмы, приходящимся на единицу длины в напряжении лвумерности, и импульсом электронов S,n a .. , где H - напряженность магнитного лоля на оси призмы; р - радиус электронной траектории в точке ее пересечения с осью призмы н не зависит от геометрических размеров призмы. В режиме телескопичности а, D,QL о-- -/ где D-ширина полюсных наконечников в направлении, перпендикулярном нанравлеиню ocii двумерностн поля. Таким образом можно за счет уменьнюння ширины полюсных наконечников поднять нанряжснпость магнитного поля призмы До значеппи (350-500 э), прн которых возможна нрецезнопная стабнлизаиия магнитного поля помощью ЯМР-стабилнзаторов. В магннтпом нрнзменном анализаторе не требуется термостабнлиза.цня, так как если все детали вакуумной камеры сделаны из одинакового материала, то при изменении температуры все линейные размеры изменяются пропорционально друг другу, что не приводит к изменению угла падения н выхода пучка из м а гп и тп о 11 п р и з м ы. Лберрацпи призмеппого магнитного анализатора в панравленин днснерсии в основном определяются аберрациями линзы н пролорцнональны кубу угла расходимости электронного нучка при выходе его из П11пемной И1ели. Благодаря этому можно иснользонать более гинрокне электронные пучки и, тем самым, увелнчнть ток коллектора в 10-100 раз, повысить отношение сигнал - шум, ciniMaeiMoe с эталонного сопротивления, н чувствительность управляюгцего устройства. Введение модуляции ускоряюш,его напряжения или модуляп1 и магнитного поля призмы нрнводнт к тому, что электронный пучок совершает колебания в плоскости дисперсип, причем в положенпн равновесия сеченне нучка в фокальной плоскостп совпадает с положенне.м приемной щелн. Это позволяет подавать информацню па унравляющее устройство в виде амплитудпо-фазовых соотнонюнпй н тем самым нсключить влияиие флуктуации тока электронного пучка. Па чертеже показала блок-схема предлагаемого стабилизатора высокого нанряження. Она включает в себя источник высокого напряжения, нризмеиный магнитный анализатор, эталонное соирот1 влеиие, электронную пушку н управляюн1ее устройство, а так /ке ЯМР-стабнлнзатор ма.гннтного поля, фазовый детектор н генератор модуляции магнитного поля или высокого напряжения. Призменный анализатор состоит из магнитной прнзмы / с двумерным полем и магнитной осесимметричной линзы 2. Призма / представляет собой Ш-образный постоянный магнит илн электромагнит с плоскопараллельными полюсными наконечниками. В межнолюсно.м зазоре призмы 7 помеид,ена вакуумная камера 3, нзготовленная в виде трубы нз немагнитного .материала. К концу вакуумной камеры присоединена электронная пушка 4, а к другому-коллектор 5. В соединения вакуумной камеры 3 с электронной пушкой 4 внутри камеры находится ускоряющий электрод 6, являющ.ийся одповремоппо входной щелью анализатора. Ускоряющий электрод 6 и катод электронной 4 соединены с источником высокого нанряження, KOTOpbiii необходП МО застабилнзнропать. Между ускоряющн.м электродо.м 6 и призмой / иа вакуу.мную камеру 5 надета .магнитная осеспмметричпая 2. Приемная щель 7 коллектора в виде узкой диафрагмы расположена в месте сседннения вакуумной камеры 3 с коллектором 5. Коллектор 5 соединен с эталонным с-онротивлением 8, параллельно которому включен блок коррекции, состоящий из фазового детектора 9 и управляюн1его устройства 10. К ускоряюще.му электроду С и фазовому детектору 9 нодключен генератор /) модуляции напряжения. В зазоре магнитной нрпзмы / рядо.м с вакуумной камерой 3 помещен датчнк 12 ядерного магнитного резонанса, соединенный с ЯМР-стаб1глнзатором 13 магнитного поля. Корректпрующпе катушки, намотанные на сордечпнк призмы /, присоединены к усилителю мощности ЯМР-стабилизатора 13. Предлагаемый стабилизатор высокого напряжения работает следующим образо.м. Высокое напряжение U с выхода нсточника М высокого нанряження подается на ускоряюп1пй проме/куток катод электронной пушки 4 - ускоряющий электрод 6. Из электронного пучка, HcnyniennoTo пушкой, ускоренного стабилизируемым напряжением до энергии eU (е - заряд электрона), ускоряющий электрод, являющийся одновременно входной щелью магнитного анализатора, вырезает узкий лучок электронов, который падает ца грань магнитной призмы /. Папряжен1 ость магнитного поля прнз-мы н угол надения а электронного нучка на грань призмы устанавливаются такими, что выиолняется условие телескопичности, поэтому пучок электронов, пройдя магнитпую призму, отклоняется от своего лервоначального иаправлепия на угол, равный 2а. Магнитное ноле лннзы 2 устанавливается такнм, что в результате совместного действия линзы ц призмы пучок электронов фокусируется на нриемной щелн 7 коллектора 5. Для того, чтобы скомпенснровать угол -поворота пучка в магнитной линзе 2, входная щель магнитного анализатора повернута от вертикального положения на угол, равный по величине и обратный по нанравлению углу поворота изображення. Электроны, собранные на коллекторе 5, стекают с него через эталонное сопротивление. Так как магнитное поле призмы 1 поддержипается с высокой точностью лосгояпиым с помощью ЯМР-стабилнзатора 13, то изгненение ускоряющего напряжения (BLIXU дного напряжения стабилизируемого Еыс.п-.ово.чьтиого источника) приводит к C; teшеник пучка относительно приемной щели / магнитного анализатора. Количество электронов, собираемых коллектором 5, уменьшается, изменяется напряжение на эталонном сопротнвленип 8. Чтобы отлич;Г1ь ки.и.-бания нанряжения на эталонном соrijji, 1 ,.1;ле1 ии, связанные с изменением ускоряют.ij иапрялсеиня, от колебаний, связанных с флуктуацией тока электронной пушки 4, ускоряющее напряжение модулируется с помощью генератора //. При этом эиергия электронов, попадающих в магнитный анализатор, меняется синхронно с частотой генератора модуляции напряжеиия, поэтому положение изображения входной щелп анал 1затора совершает колебания относительно приемной щели с той же частотой. Когда напряжение на выходе нсточника высокого напряжепия равно заданному, в положении равновесия середина электронного пучка совладает с серединой приемной щели 7. При этом амплитудно-фазовые характеристики переменного напряжения, снимаемого с эталонного сопротивления S, совпадают с соответствующими характеристиками генератора 11 модуляции напряжеиия. Если напряжение на выходе источника 14 высокого напряжения изменяется, то серед1П1а электронного пучка в положении равновесия с.мещается относительно середины приемной щели 7. В этом случае амплитудно-фазовые характеристики напрялчения, снимаемого с эталонного сопротивления S, не совпадают с соответствующ мп характеристикамп генератора модуляции напряжения. Фазовый детектор 9 сравнивает амплитудно-частотные характеристики напряжеиня, снимаемого с эталонного сопротивления 8, с соответствующими характеристиками генератора модуляции папряжения и вырабатывают сигнал, в соответствии с которым управляющее устройство 10 корректирует выходное напрялсение источника высокого напряжения. Ширина приемной щели 7 коллектора 5 должна быть равна ширине изображения, спроектированной на нее входной щели анализатора 6. Амплитуда сигналов генератора модуляции напряжения подбирается такой, чтобы вызванное inui смещение изображения относительно шели 7 было примерно равно Vs ее ширины. Модуляция магнитного поля призмы прнводит к таким же эффектам, как и .модуляция высокого напряжения, т. е. в другом варианте предлагаемого стабилизатора высокого напряжения генератор модуляции налряженяя можно заменить тенератором модуляции магнитного поля, который подключается к корректирующим катушкам, намотанным на сердечник призмы 1.

Предмет и з о G е т е н и я

1.Стабилизатор высокого напряжения, содерлсдщий источник высокого напря/кения, управляющее устройство и магнитный анализатор скоростей электронов, электронную

пушку и коллектор электронов, отличающийся тем, что, с целью повышения степени и длительности стабилизации, магнитный анализатор выполнен по схеме призменного матнитного бета-спектрометра, включающего з себя

осесимметричную линзу н магнпт ую призму с двумер;1ым полем, в непь питания которой включен ЯМР-стабилизатор магнитного поля.

2.Стабилизатор цо п. 1, отличающийся тем, что в схему стабилизатора введены генератор

модуляции напряжения ц фазовый детектор.

3.Стабилизатор по п. 1, отличаюи(ийся тем, что в схему стабилизатора введе 1Ы генератор .модуляции магнитного поля призмы и фазовый детектор.

/f насосу