Спектрометр заряженных частиц Советский патент 1974 года по МПК G01T7/00 G01T1/36 

1

Изобретение относится к области ядерной радиоэлектроники и предназначено для измерения характеристик потоков заряженных частиц в космическом пространстве.

Известны спектрометры для регистрации потоков заряженных частиц малрй энергии, в состав которых входят электростатический анализатор, детектор, регистратор, задающий генератор, цифро-аналоговый преобразователь и источник питания пластин анализатора.

Для увеличения получаемой информации о пространственных распределениях потоков зар5г/кенных частиц обычно используют работу нескольких электростатических анализаторов с одним детектором частиц таким образом, чтобы входные окна анализаторов . имели различную пространственную ориентацию, а выходы были направлены на входное окно детектора.

В известных спектрометрах регистрация потоков заряженных частиц осуществляется только в направлениях, в которых ориентированы входы анализаторов. В результате этого информация о пространственных и энергетических распределениях потоков заряженных частиц оказывается весьма ограниченной. Одновременно увеличение количества анализаторов приводит к существенному увеличению габаритов и веса устройства, что в условиях космического эксперимента нежелательно, поскольку ограничивает его информативность и увеличивает стоимость. Использование вращения космических объектов также не всегда оказывается возможным, так как плоскость вращения прибора обычно не совпадает с направлением -измеряемых потоков.

Цель изобретения - повышение точности измерения направленности потоков заряженных частиц при одновременном уменьшении габаритов и веса устройства.

Это достигается тем, что электростатический ОТКЛОНШ01ЩДЙ анализатор со стороны входа содержит вспомогательные электроды, выполненные в виде жалюзи, ребра которых расположены по образующей внешней пластины анализатора и ориентированы по траекториям движения регистрируемых частиц и изолированных друг от друга частой внутре1гней пластины анализатора. Вопомогательные электроды через ключевой коммутатор соединены с источником питания электродов анализатора. Ключевой коммутатор связан с узлом триггеров, входы которого через дешифратор и формирователь соединены с узлом предварительного пересчета. Вход узла связан с задающим генератором, а выход - со счетным устройство На чертеже изображен предлагаемый спектрометр. Спектрометр состоит из последовательно соединенных электростатического анализатЛ ра 1, детектора 2, регистратора 3, задающего генератора 4, счетного устройства 5, цифро-аналогового преобразователя 6, источ ника 7 питания пластин анализатюра, дополнительных вспомогательных электродов 8, узла 9 предварительного пересчета, дещиф- ратора 10 {например, диодный дещифратор) формирователя 11, триггеров 12 и ключевого коммутатора 13. Ребра жалюзи попарно образуют коллиматоры, которые могут иметь либо одинаковую направленность в пространство, либо устанавливаться веерообразно, охватывая больший угол. Число групп жалюзи опреде ляется конкретной задачей и может состав лять от 1 до 1О-20 при выполнении усло вия Н о 1 того, чтобы изменение центрального угла ана;шзатора не влияло существенно на его характеристи ки (энергетическое, угловое разрещение, пропускание). При Yl числе групп жалюзи схема предварительного пересчета имеет коэ4х|)И1шент пересчета, равный tl + 1. В пре делах каждой группы ребра жалюзи электри ,чески соединены друг с другом. Вспомогательные электроды в виде ча- :стей внутренней пластины, подключаемые синхронно с противолежаишми группами жалюзи либо к источнику питания анализатора, либо к потенциал} корпуса, необходимы для исключения влияния потенциала от внутренней пластины на траектории частиц. В случае использования однополярного ре.жима питания анализатора с подключением внутренней пластины к потенциалу корпуса она может быть сплошной от входа до вы- хола анализатора. При подаче отклоняющего напряжения от источника питания на все электроды анализатора спектрометр измеряет энергетическое распределение частиц в направлении потока Ф . Углы наклона ребер жалюзи выбраны таким образом, что при подаче напряжения на все электроды анализатора частицы, . падающие в анализатор со стороны : групп жалюзи, двигаются по траекториям, исключаЬщим попадание их на выход анализатора и рёгисчрацию детектором. При последовательном, начиная со стороны входа анализатора, подключении к потенциалу корпуса противолежащих вспомогательных электродов частицы, прощедщие одну из групп жалюзи, находящуюся под потенциалом корпуса, попадают на траектории, допускак щие возможность прохождения их на выход анализатора и регистрацию детектором. Для обеспечения этого условия при подключении к потенциалу корпуса последней пары вспомогательных электродов они включают в себя дополнительные участки пластин также изолт1рованные от электродов основного анализатора. Спектрометр работает следующим образом.. Синхроимпульсы с задающего генератора поступают на узел предварительного перечета. После пересчета в 2 раз импульсы с узла предварительного пересчета подаются на счетное устройство, управляющее с ;помощью цифро-аналогового преобразователя источником питания анализатора. Этот : источник подключен к основным электродам анализатора и через ключевой коммутатор может быть подсоединен к вспомогательным электродам. Последовательная во врс-меии |)абота i ключевого коммутатора осущес1вляется с помощью узла вспомогательного пересчета, который управляет дешифратором, связан- ;Ным через цепочку R S -триггеров с клю чевым коммутатором. Узел R S триггеров сбрасывается в исходное состойние в начале каждого цикла измерений с помощью формирователя, соединенного с выходом уст- ройства предварительного пересчета и с входом узла RS -тригтеров. Измерение угловых и спектральных распределений осуществляется следующим образом. Каждому импульсу, поступающему с задающего генератора, соответствует определенное состояние триггеров узла предварительного пересчета, а 2 импульсам соответствует одно из состояний триг- геров счетного устройства. Каждому состоянию счетного устройства соответствует одно из значершй напряжения, вырабатываемых источником питания анализатора. В течение каждого периода (время прчхода 2 импульсов с задающего генератора) триггепы устройства предварительнох о пересчета последователтзНо проходят поляьи цикл своих состояний, число которых 2. С помощью дешифратора поспедовательно изменяются состояния -трйг- геров, которые с помощью ключевого коммутатора подключают вспомогательные электроды либо к источнику питания ана лизатора, либо к потенциалу корпуса. В начале цикла RS -триггеры устанавливаются в исходное состояние, при котором с помощью ключевого коммутатора на основные и вспомогательные электрод подается напряжение отклонения, выраба.тываемое источником питания анализатора, i С приходом с задающего генератора первого импульса цикла ; ,: первый триггер устройства вспомогательного пересчета из меняет свое состояние, в результате чего {меняется состояние дешифратора, который переводит первый RS -триггер --Ц состоя ние, при котором переключаются две связанные с ним ключевые схемы, и первая группа жалюзи и противолежащий ей участок внутренней пластины, т. е. первая группа вспомогательных электродов, подключаются к потенциалу корпуса. С приходом второго импульса подключается к потенциалу корпуса вторая группа вспомога- тельнь х электродов и т. д, С приходом 2 импульса все вспомогательные элект роды оказываются под потенциалом корпуса. Одновременно с подключением к потенциалу корпуса вспомогательных электродов последовательно уменьшается центральный угол анализатора, в котором действует отклоняющее поле, и тем. самым изме- няется пространственная направленность анализатора, который пропускает частицы в направлении Ф , при подаче отклоняющих напряжений на все электроды, - в направлении Ф при подключении к потенциалу корпуса первой группы вспомогатель ных -электродов и т. д. Таким образом, на кажа.ой энергетической ступени (зоне) из- меряется направленность потока (сканирование по углу) с заданных угловых направлений, а измерение спектральной характеристики потока осуществляется путем ступенчатого изменения величины отклоняющего напряжения на выходе источника питания анализатора. Чтобы при наличии напряжения на жалюзи частицы, прошедщие в зазор анализатора через жалюзи, не проходили на выход анализатора и оседали на пластинах анализатора, угол между каждым ребром жалюзи и касательной к образующей внещней пластины анализатора должен,быть больше предельного угла падения частиц, при котором возможно их пропускание на выход анализатора. Чтобы частицы, прошедшие через группу ребер жалюзи, находящуюся под потенциалом корпуса, попадали на выход анализатора, прямая линия, проведенная в зазоре между двумя ребрами жалюви параллельно любому из этих двух ребер, не должна пересекать внутреннюю пластину анализатора. Из условия прохождения частиц с измеряемого направления через жалюзи и анализатор и условия оседания частиц на электроды анализатора с других направлений можно определить связь между геометрическими параметрами анализатора и углом «С наклона ребер жалюзи к образующей энещней пласти ш анализатора и длиной ребер жалюзи С Sin - -R 2 cA aHCSin- aHcsinC|- ctcj-) , где R и RO радиусы кривизны внутреннего и наружного электрода анализатора соответственно;«1- зазор анализатора (-,); Vi длина ребра жалюзи; д - зазор между ребрами жалюзи. Предлагаемый спектромец-р позволяет с большой точностью проводить измерение направленности потоков заряженных частиц и уменьшить габариты и вес устройства в 2- 3 раза. Предмет изобретения Спектрометр заряженных частиц, содержащий последовательно соединенные электростатический отклоняющий анализатор, детектор, регистратор, задающий генератор, счетное устройство, цифро-аналг;говый преобразователь и источник питания электродов анализатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измере« ния направленности потоков заряженных частиц, электростатический отклоняющий анализатор со стороны входа содержит вспомогательные электроды, выполненные в виде жалюзи, ребра которых расположеш по образующей внешней пластины анализатора и ориентированы по траектория. движения регистрируемых частиц, и изолированных друг от друга частей внутренней пластины анализатора, вспомогательные

78

электроды через ключевой коммутатор со-дешифратор и формириватель соединены с

единены с источником питания электродовузлом предварительного пересчета, вход кранализатора, ключевой коммутатор соединенторого соединен с задающим генератором,с узлом триггеров, входы которого череза выход - со счетным устройством.

4О9577