Устройство для регистрации энергетических спектров электронов Советский патент 1975 года по МПК H01J39/34 

Изобретение относится к технике спектроскоиии заряженных частиц малых и средних энергий и может быть применено для получения энергетических спектров ионов и электронов, освобождаемых при взаимодействии корпускулярного и электромагнитного излучения в области энергий 50-2000 эв с конденсированной средой и изолированными атомами. Оно может быть использовано с наибольшим эффектом при исследовании энергетики неодноэлектронных процессов в разного рода эмиссиях при больших энергиях возбуждения, а также при излучении Ожепроцессов, переходов при кратной ионизации, эффектов размножения электронных возбуждений и рассеяния энергии возбужденных электронов внутри твердого тела.

Известны приборы для исследования энергетических спектров фото- вторичной электронной эмиссии, состояшие из магнитных и электростатических анализаторов, устройств ввода эмиссии в анализируюшее поле и детекторов заряженных частиц.

Так, например, в приборе для анализа рентгеновской фотоэмиссии по энергиям используется магнитный анализатор электронных энергий, в фокальной плоскости которого установлен блок канальных электронных умножителей (КЭУ) (микроканальная плата), усиливаюишй в 10 -10 крат электронные потоки, которые образуют изображение электро.нных линий, и охватывающий участок спектра электронов в 10 эв одновременно.

Расположенный за канальной платой фосфоресцирующий экран при -подаче на него высокого напряжения преобразует импульсы тока умножителей в световые вспышки, которые регистрируются сканируюш,ей видеокамерой и многоканальным анализатором с

электронной памятью.

Недостатками описанного прототипа являются невозможность регистрации электронных спектров одновременно во всей области энергий эмиттирующих электронов до 60-

70 эв и связанная с этим невозможность непосредственного получения парциальных энергетических спектров электронов в эмиссионный пачках с какой-либо определенной интересуюш,ей численностью.

В предлагаемом устройстве с целью прямой регистрации энергетического распределения электронов в эмиссионных пачках любой численности, за блоком канальных электрон1Из1Х умножителей по ходу -электронных пучков устано.влены последовательно суммируюшая ускоряющая сетка с 50%-ныМ пропусканием электронов, двухсеточный замедлитель электронов, управляющая сетка с 90%-ным пропусканием и запоминающая пластина потенциалоскопической электроннолучевой трубки,

причем суммирующая сетка подключена ко входу дифференциального амплитудного анализатора импульсов, выход которого подсоединен к управляющей сетке.

Между блоком канальных умножителей и запоминающей пластиной ЭЛТ приложено постоянное электромагнитное .поле, достаточное для стигматической фокусировки электронных пучков на поверхности запоминающей пластины.

На чертеже изображен общий вид одного из вариантов предлагаемого устройства (разрез в меридиональной -плоскости), где 1 -мишень, эмиссия с которой исследуется, 2 - электронный магнитный 180°-ный анализатор с входной щелью, 3 - блок КЭУ с диаметром отдельных каналов в несколько десятков мкм, 4 - суммирующая сетка с прозрачностью Т для электролов - 50%, 5-6 - двухсеточный замедлитель электронов, 7 - управляющая сетка, Т-90%, 8 - запоминающая пластина потенциалоскопической ЭЛТ, 9 - горизонтально отклоняющие пластины ЗЛТ, 10 - вертикально отклоняющие пластины, 11 - электронная пушка ЭЛТ; ААИ-амплитудный аиализатор импульсов.

Прибор работает следующим образом.

Пучок монохроматического света или моноэнергетических электронов возбуждает электронную эмиссию из мишени 1 (например, из фотокатода), которая ускоряется электрическим полем и фокусируется так, что целиком проходит во входную щель анализатора 2.

В однородном поперечном магнитном поле траектории электронов любых энергий Е представляют собой окружности, поэтому в фокальной плоскости анализатора электроны одинаковых энергий при повороте на 180° фокусируются в узкие линии, перпендикулярные меридиональному сечению, причем щирина их тем больше, чем щире входная щель и больше угловая апертура входного оучка.

При достаточно малом сечении индивидуальных КЭУ (порядка десятков м-к/м) и их высокой эффективности (0,8-0,9 при 400 эв) контур электронной линии переносится на .выходную -плоскость блока КЭУ-3, конечно, с некоторыми искажениями.

Далее, по выходе из блока 3, усиленные пучки электронов фокусируются с помощью комбинированной магнитоэлектростатической фокусирующей электроннооптической системы (в нее входят ускоряющая сетка 4 и магнитная линза, не показанная на чертеже) на запоминающую пластину 8 ЭЛТ-потенциалоскопа, так, что осуществляется перенос изображения электронного спектра с выхода блока КЭУ на запоминающую пластину 8.

Таким образом, на .пластине 8 образуется потенциальный рельеф, соответствующий энергетическому (суммарному для всех пачек) спектру электронной эмиссии.

Сетки 4 и 7 служат для обеспечения условий управления процессом регистрации энергетических спектров по совпадениям во времени импульсов от отдельных КЭУ.

Сетка 4 имеет Т 50% при размерах ячейки в несколько десятков КМК. Это позволяет отобрать на нее около 50% электронов из каждого индивидуального КЭУ.

Поскольку входная апертура КЭУ невелика (несколько сот квадратных мкм), можно предположить, что пр.и небольших интенсивностях электронного потока на вход каждого КЭУ в течение его разрешающего времени ( нсек) попадает не более одного электрона. Тогда совпадение во времени токовых импульсов КЭУ будет означать (с точностью до разрешающего времени нсек) принадлежность вызывающих их электронов к одной эмиссионной пачке.

Если КЭУ все работают в режиме насыщения и, следовательно, импульсы тока на выходе их всегда имеют одну и ту же величину (амплитудное распределение (АР) напоминает по виду 5-функцию) и если, кроме того, коэффициент усиления не очень сильно варьирует в пределах полезной площади канальной платы, то можно считать, что амплитуда импульса напряжения, снимаемого с сетки 4, будет пропорциональна, числу электронов в пачке, эмиттируемой фотокатодом 1. Сигнал с сетки 4 подается на ААИ, который настраивается ,на группу каналов, соответствующую пачкам определенной численности, и в случае обнаружения такой пачки выдет положительный разрешающий импульс на сетку 7.

Все остальное время сетка 7 находится под постоянным отрицательным потенциалом, что обеспечивает запирание электронных пучков, соответствующих пачкам любой другой численности.

При отпира.нии сетки 7 эмиссия, соответствующая пачкам с исследуемой численностью, создает на пластине 8 потенциалоскопа потенциальный рельеф, сохраняя пространственное линейчатое распределение по энергиям, как уже отмечалось выше, пр.и условии отигматической фокусировки.

Расчет времени пролета электронами расстояния в 10 мм между сетками 4 и 7 при энергии в 1 кэв дает величину 0,5 нсек. Этого времени совершенно недостаточно для работы AAPI даже наносекундного диапазона. Поэтому в увеличенное пространство между сетками 4 и 7 введены еще две, 5 и 6, сетки высокого (90%) пропускания, находящиеся под одинаковым .низким напряжением и образующие, таким образом, замедлитель электронных пучков.

При выборе соответствующих потенциала и расстояния между сетками (например, 2-4 в и 10 мм, соответственно) время прохождения электронами участка замедления может быть легко увеличено до 10-30 нсек. Этого уже вполне достаточно для срабатывания схемы ААИ и выдачи импульса управления на сетку 7.