Многоканальный анализатор атомных частиц Советский патент 1981 года по МПК H01J49/00 

(54)МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР АТОМНЫХ ЧАСТИЦ дйШ Ш : сЖрга:р:)таЩего элемента , и детекторов З. Этот анализатор работает следую образом. Пучок ионов из ионизационной камеры входит в однородное поле диспергирующего элемента (электромагнита разворачивается им в щирокий веер, проходит через входяые отверстия цилиндрических конденсаторов, подфокуСйр ется ими и попадает в детекторы. Диспергирующий элемент отклоняет каЩую моноэнергётическую срставляющун на угол, определяемый ее эйергией. Угол между осевыми траекториями различных моноэнергетических составлякяцих пропорционален угловой дйспё: |Сйи Диспергирующего элемента.. Недостатками известного анализатор являются малая величина днперсии, невозможность управления вел)|1чиной Дисперсии в выбранном участке эгергетйче .кого диапазона и малая чз ствительНос анализатора. всё этоисключает возможность де тального изучения исследуемого энерге шчёскЬгЬ спектра; . Цель изобретения - увеличение дисперсии, управление величиной дисперсии в выбранном участке энергетического диапазона и увёлйченйе Ч;увствй fieJtHH&bTH:анализатора. - :- Это достигается тем, что в многоканальном анализаторе, включающем ионизационную камеру, диспергирующий эл мент, цилиндрические канальиае конден саТоры, kJiocKOCTb симметрии которых Сбёпадаёт с; плоскоеТ ю дйСйёршй ДнейергирутЫцего элемента, и детекторы, за Дйспергйрукшсим элем ентом последовательно по ходу пучка расположен дйспергирунще-фокусируюищй элемент, выполненный в виде, по крайней йёре, двузс пластин, симметричных бтносйТель но плоскости дисперсии, причем обра Тренине один к другом края имеют форму дуг концентрических окружностей, проей;Йя центра криййэны /которых на плоскость дийперсШ с;Мещен относительно центра отклонения диспергирующего элемента на величину, определяемую величиной дисперсии по э4цйнно} уапгЬритму,. .-: , При выполнении диспергирующе-фокусирукщего элемента в виде двух пласти проекция центра кривизны краев пластин смещена относительно центра отклонения Диспергирующего элемента по 4 ,,4 лучу, соединяющему центр отклонения с центром входного отверстия цилиндрического Конденсатора, предназначенного для частиц с энергией Е, на величину; определяемую соотношением йЕТЗ Ь) E-veMJ )()ЗВ «) где К - коэффициент увеличения дисперсии;ли - разность потенциалов в зазоре между пластинами, В, R - величина, равная полусумме радиусов кривизны краев пластин, м; В угловая дисперсия дисперги- . рующего элемента; 4Е интервал разрешаемых знергий, . Дж; - Е - энергия частиц в выбранном участке энергетического диапазона Дж. в --заряд частиц, Кл. АвтОраьш заявки установлено, что если проекция центра кривизны краев, по крайней Wepe, двух пар пластин диспергирующе-фокусирующего элемента на плоскость дисперсии анализаTojpa смещейа относительно центра отклонения диспергирующего, элемента, то дисперсия анализатора увеличивается. Вели чина дисперсии зависит от вбличины смещения этих центров оди и относйтеиьно др уго г о. . Смещение ueHtpa кр1ИЁйзны кра ластин относительно центра отклоения Диспергирующего элемента приодит к неортогональному входу осе- . ах траекторий моноэнергетичных пучков зазор между пластина, что вызывает реломление траекторий и, таким образом, увеличивает дисперсию прибора. Меняя разность потенциалов в криволинейном зазоре между пластинами, управлять величиной да)спёрСИИ.Поле s зазоре меаду пластинами дополнительно фокусирует заряженные частицы в направлении, перпевдикулярном плоскости дисперсии, благодаря чему достигается увеличение чувствительности анализатора,Алгоритм расчета величин смещений проекций центров кривизны краев пластин йа плоскость дисперсии относительно центра отклонения диспергйруйщёго элемента следукзщий. Сначала определяют,требуемое числ пар пластин, задаваясь веЛйЧийЬй энергии Е, в области которой требуется исследовать эгергетический спектр, и Интервалам Л.Е разрешаемых энергий. Эти значения Ё и ДЕ, а также величину дисперсии D диспергирую элемента подставляют в формулу (l} и получают зависимость отношения d/R от коэффициента К увеличения дисперсии и разности потенДаилов ди в криволинейном зазоре, образованном двумя парами пластин. d/R --{(K./su). а) в то же время для охвата криврлинейным зазором всего пучка заряжейных частиц, выходящих из дийпергиру щего элемента, необходимо выполнение следующего условия. . . () : Поскольку разность потенциалов ди в криволинейном зазоре имеет предел, в частности пробойное Напряжение, то по формулам(2) и(3) опре деляют максимальную величину коэффициента увеличения дисперсии, которая может быть достигнута при заданных параметрах. Если требуемый 1соэффи циент К увеличения дисперсии ббльщ йолученного, то ставят еще одну яару пластин; Проводят аналогичный анализ и определяют, достаточно ли двух крИБОлинейнь1х зазоров, и т, д. Располагают проекцию центра кривизны первого К1 иволинейного зазора-, на луче, соединяющем центр отклонения диспергирующего элемента с центром входного отверстия цилйндриtjecteoro конденсатора, настроенного ; на энергию Е. Определяют радиус кривизны Р криво линейного зазора траекторным методом из расчета токопрохождения в двух взаимно перпендикулярных плоскостя :. Оценивают качество фокусировки внеосевых пучков относительно осевого дпя каждой моноэнергетичной : состав- ляющей в отдельности. Выбирают такой радиус IV кривизны, при которой наибольшая часть пучка попадает в окно детектора. По заданным Е , &Е ,К ,&U зная К и используя формулу(1),находят величину смещения d центра кривизны первого Криволинейного зазора относительно центра отклонгенйя диспергирующего элемента. Расчет расположения второго криволинейного зазора ттроводят поэтапно. После прохождения первого зазора пучок не имеет единого центраотклонения. Поэтому расчет проводят для казздой из энергий , на которую настроены цилиндрические конденсаторы (i - номер каналаХ Проекцию центра кривизны на плос.кость дисперсии аторого зазора располагают на том же луче что и проекцию центра кривизны пёрвйг. зазора. По заданным , К, ЛЁ, Г),ЛО, используя формулу ( определяют два набора значений d и R/i. Выбирают номер канала, которому соответствуют величины d и R отличие которых от соответйтвующих величин в соседних каналах минимально. Эти значения с1 и R принимают за искомое смещениеЦентра и радиус.кривизны-второго криволинейного зазора. Проведя траекторный анализ диспергирующе-фокусируюдего элемента, рассчитанного по приведенному алгоритму, уточняют расположеяйе цилиндрических канальных конденсаторов. На чертеже изображена конструкция конкретного выполнения прёдложеннрго многокайального анализатора (.ее проекция на плоскость дисперсии). Многоканальный анализатор состоит ИХ цонйзацйонной к-амеры 1 и расположенных последовательно п6 ходу пучка диспергирующего злейента 2, диспер1 ирующё-фокусйрующего элемента 3, цилиндричесгах канальных конденсаторов 4 и детекторов 5. Диспергирующий элемент выполнен в виде круглого магнита с Центром отклонения р точке 6, диспергирующе-фокусйрующий элемент- в виде четырех пар пластин, образующих три кривоинейных зазора, проекций центров кривизны которых на плоскость дис- Персии расположетиьгй точке 6 (первый зазор в точке 7 (второй зазор и в точк,е 8 (третий зазорЛ Число циивдрических кондейсаторов - десять. исло детекторов - десять. Многоканальный анализатор рабоает следуийщм образом. Превал и четвертая пары пластин аземлены. На вторую и третью пары одачи соответственно такие потенцаы, что в первом и третьем зазорах 76 образуетсй пЬле, замедляющее заряжен ше частицы, а во второй зазоре ncete,ускоряющее г| астиць1. Пучок :ЭаряЖё«ньп{ частиц из ионизационной камеры 1 попада1ет в однородное поле диспергирующего элемента 2, Ось пучка перпевдикулярна силовым линиям однородного поля элект ръмйгнита и лежит в плоскости его ди персии. ЭлеКтромагнит разворачивает пучок по эгергни в широкий веер. На первом криволинейном зазоре, проекция центра кривизны которого на плоскость Дисперсии совпадает с центром отклонения диспергирующего элемента, заряженные частицы испытывают предварительное замедление. Приэтом осевы траё:1сторий, ортогональные к зазору, проходят.его не преломлясь. Внеосевы пучки,неортогональные к зазору,несколько подф6кусируются,что способствует увеличений Чувствительности анализатора. , Второй криволинейный зазор,центр криёизны которого смещен относительн цеВДра отклонения диспергирующего /элемента вперед по ходу пучка, благо нёортогон альномУ входу в зазор увеличивает расходимость пучка, одно временно ускоряя заряженные частицы Третий криволинейный зазор, центр кривизны которого смещен относительно центра отклонения назад, хода пучка, также увеличивает расходимость пучкаj но замедляет заряже ные частицы.- . . . -. Таким образом, второй и третий криволинейные зазоры увеличивают дис персию анализатора. После прохождений дйсПёргирующефокусирующего элемента 3, заряженные частицы попадают в цилиндрические ко денсаторы 4, подфокусируются ими и затем регистрируются детекторами 5. Величину дисперсии можно менять, меняя потенциалы на пластинах диспер гирующе-фокусирующего элемента. При этом появляется возможность выбрать даапазона измеряемых энергий интер есующий поддиапазон для его деталь /-7й6гс)исслёдования.- :.: .:. ./- , . В плоскости, перпендикулярной плоскости дисперсии, диспергирующефокусирующий элемент фокусирует заря женные частицы. Это приводит к увели чёШю чувствительности айапизатора и целом. Предложенная конструкция многоканального анализатора позволяет регулировать величину диепрсии путем изменения потенциалов на пластинах диспергирующе-фокусирующего элемента. Управляемая величина дисперсии - новое свойство, которым не обладает ни один известный анализатор. При поДаче на вторую и третью пары пластин потенцаилов -0,70 кВ и +3,5 кВ соответственно, дисперсия анализатора предлагаемой конструкции больше дисперсии анализатора прототипа в 5 раз. Поэтому возможен детальный анализ пучка по энергии (например, от 1 кэВ до 5 кэВ, от 3 кэВ до 15 кэВ, от 5 кэВ до 25 кэВ). Чувствительность Предлагаемого анализатора в 1,5-2 раза выше чувствительности анализатора-прототипа. Формула изобретения 1. Многоканальный анализатор атомных частиц, включающий ионизационную камеру, диспергирующий элемент, цилиндрические канальные конденсаторы, плоскость симметрии которых совпадает сплоскостью дисперсии диспергирующего элемента, и детекторы, отличающийся тем, что, с целью увеличения дисперсси, управления величиной дисперсии в выбранном участке энергетического диапазона и увеличения чувствительности анализатора, за диспергируюйшм элементом последовательно по ходу пучка расположен диспергирующефокусирующий элемент, выполненный в виде по крайней Мере, двух пар пластин, симметричных относительно плоскости дисперсии,причем обращенные один к другому края пластин имеют форйу дуг концентрических окружностей, проекция центра кривизны которых на Плоскость Дисперсии смещена относительно центра отклонения диспергирующего элемента на величину, определяемую величиной дисперсии по заданному алгоритму. 2. Анализатор по п. 1, о т л ич а ю щ и и с я тем, что при выполнении диспергирующе-фокусирующего элемента в виде двух пар пластин проекция центра кривизны краев пластин смещена относительно центра отклонения диспергирующего элемента по .лучу, соединяющему центр отклонения г.