Угловой спектрометр заряженных частиц Советский патент 1983 года по МПК H01J49/48 G01T1/36 

Предлагаемое устройство относится к ядерной физике, в частности к изме рению ядерных излучений и рентгеновс ких лучей, и может быть использовано в KocMHteCKHX исследованиях для изме рения угловых распределений заряженнь1х частиц малых энергий. У ИЙвёСтны углЬвы спектр :хметры за1 яжёНннх частиц малой энергии, содер жащие м независимых узлов детектирования с электростатическим анализа тором и детек бром частиц - элёктрби ньМ умножителем 17 . , В таких спектрометрах каждой узей дё1 ектирования имеет угол поЛя зрения Ч и УЗЛЫ 1раэм(ётёния так, что углы между осями направленности поля зрения смежных узлов составл5Пот также Ч , а общий угол поля 3рвения cneKTpoN(eTpa равен пЧ. Сущёст вённый недостаток этих устройств - различное изменение во времени эффективности разных детекторов, что приводит к неравномерности угловой характеристики спектЕХэметрй и снижение его угловой чувствительности. КроМё Того, такие спектрометра имеют большие габариты и массу. ; Известны также угловые спектрометры, которые Для повышения точности измерений и исключения погрешности обусловленной различными измененйймичувствительности разных детекТ ров. Содержат один детектирующий элемент h , изол1; ова;нных электростатических анализаторов и кокмутатор, подключающий поочередно пластины каждого анализатора к ИСТОЧНИКУ питания 2 . На детектор попадают частицы, прошедшие через один из анализаторов и кцущие на устройство под определенным углом относительно базовой плоскости. Основной недостаток Talcrix спектрометров - йиэкая тех нологичность электростатических ана йизатороВ| значительная трудоемкость их изготовления , а также зйачйтельirae габариты. Ближайшим к предлагаемому являет Ся TerfekTpOrteTp, УстайоййШШыё § корпусе электростатический анализатор с наружной и внутренней бтклонянмдими пластинами, дополнительное отклоняйщёё устройство/ установйейШё c:ia jjyjkri у входного окна упомянутого ана лизатора, источники питаййй пластин анализатора и отклоняющего устройства, по крайней мере один детектирующйй элемент, усилитель-формирователь и счетчик импульров 3. дополнительное отклонйющёе устрой ство расположено у входа основного элёКТростатичёскОгб анализ атора, ребра жалюзи ориентированы по направ лению движения чйстиц, а коммутатор )едно соединяет часть жалюзи с источником питания отклоняющих пластин анализатора, изменяя угловую направленность спектрометра. Недостаток такого, устройства в его сложности. В нем при помощи коммутатора фактически изменяется угол поворота частиц отклоняквдей системой и в таких же пределах изменяемся угОл между осью поля зрения и базовой плоскостью. Для того, чтобы этот угол Мог значительно меняться, необходимо большую часть отклоняющей системы сделать из жалюзи, «iTo значительно Услбжнйет и удорот жает выполнение спектрометра. Однако и в этом случае угол практически не может превысить 60°. КроМе того, достаточно сложным и дорогостоящим Узлом явх яется KONtt yTaTop, кЬторнйдтолжен в замкнутом состоянии передавать найряженйя, изменяющиеся в пределах от нескольких вольт и до нескольких соТ вольт, и не должен вносить дополнительных погрешностей, соизмеримых с минимальными значениями этого напряжения. Целью изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. упрощение СпёкТ{хэ етра и увеличение Гциапазона углов, в отором проводятся измерения. / Указанная цель достигается путём выполнения спектрометра следуюЩ1&1 образом., Предлагаемое устройство содержит электростатический анализатор с на ружной и внутренней отклоняющими пластинами, один или несколько детектирующих элементов, такое зке число усйлителей-формирователей и счетчиков импульсов, источник питания пластин электростатического анализатора и. источник питания детектирующего эЛемента. У входного окна анализатора раэМещено дополнительное отклонякядее устройство, иэолированнЪе от пластин анализатора И соединенное со своим источником питания . Упомянутое до « полнительное устройстбо согласно изобретению выполнено в виде соосно : й1СпОложенных внутреннего и внешнего электродов, имеющих форму поверхности вращения. Кроме того, внешний электрод выполйен в виде сетки. С наружной стороны внешнего электрода, изолированно OT него, установлена защитная сетка, Которая соединена с корпусом спектрометра. Эта сетка повышает безопасность эксплуатации прибора. На фиг.1 дана структурная схема предлагаемого углового спектрометра без защитной сетки/ на фиг.2 - то же, с защитной сеткой. Угловой спектрометр содержит электростатический анализатор 1, детектирующий элемент 2, усилитель-формирователь 3, счетчик 4 импульсов, источник питания электростатического анализатора 5 и детектирующего элемента б, дополнительное отклоняющее устрой ство 7 и его источник 8 питания. Детектирующий элемент 2 соединен с источником б питан и усилителемформирователем 3, а усилитель-формир ватель-со входом счетчика 4 импульсов . Источник 5 питания соединен с пластинами электростатического аналиэатора 1, а источник И питания с электрода;ми дополнительного отклоняющего устройства 7. В устройстве, показанном на фиг.1 внешняя дополнительная пластина соединена с одним из- выводов источника питания и на нее может бьать подан значительный потенциал относительно корпуса. Это может явиться источником опасности при работе с прибором Введение защитной сетки исключает возможность соприкосновения Оператора с HCTQ4HHKtJM высокого напряжения Предлагаемое устройство работает следующим образом. Электростатический анализатор 1 является селектором энергии (на единицу разряда ) и пропускает из падаю Цего на его вход потока частицы в энергетическом диапазоне, определяемом геометрией этого анализатора и поданным на его пластины напряжениями ij. Если потенциал электродов дополнительного отклоняющего устройства равно нулю, то анализатор измеряет характеристики потока частиц, приходящихся в его угле зрения. Дополнительное отклоняю щее устройство 7 служит для из менения угловой направленности спектрометра. Если на электроды этого устройства 7 поданы п тенциалы О, заряженные частицы/ попадаюй1,ие из внешнего потока в объ ем действия потенциала дополнительgoro отклоняющего устройства 7, дви гаются по сложным траекториям (в сл аё концентричёск1их электродов част цы движутся пО плоским кривым второ порядка}. ПРИ этом в пределы угла з зрения анализатора 1 приходят частицы, с других, отличных от первоначальных углов, определяемых геоь;е {5ией электродов дополнительного отклоняющего устройства 7 и поданными на них потенциалами UOT Изменение угла визирования прибо Происходит при изменении потенциала электродов дополнительного отклоняю щего устройства 7 ОРТ . При этой эне гия частиц, селектируемых анализато ром 1, остается неизменной. Перестройка прибора на другой диапазон энергий производится изменением потенциалов пластин анализатора 1 U , Угловое селектирование в другом, диапазоне энергий обеспечивается последующим изменением потенциала электродов дополнительного отклоня1б-, щего устройства в другом дйа- пазоне потенцигшов, в зависимости от селектируемой энергии. Связь между углом отклонения анализируемых частиц, их энергий Е потенциалами на электродах устройства 7 и геометрией электродов в случае сферических концентрических / отклоняющих электродов и применения защитной сетки на этих электродах дается следугадим выражением ЕО (Ri-«2)«2 4 -29°+oirccos liVM.i R.Rj, где: R -радиус внешнего электрода дополнительного отклоняющего устройства;R2 - радиус внутреннего электрода. . - . V в одном из конкретных устройств, реализующих описа 5ный принцип, анализатор 1 состоял из цилиндрических пластин со средним радиусом 5 см и зазором между пластинами 0,5 см. Электроды 7 составляли часть сферических поверхностей со средним радиусом 11 см и зазором между ними 2 см. Защитная сетка также являлась частью сферы с радиусом 12,5 см. На пластины, анализатора 1 и отклоняющие электроды 7 были поданы парафазные напряжения. При анализе частиц с энергией Е, выраженной в электровольтах, напряжение на пластинах анализатора 1 U составляло +0,1 Ед., При этом зависимость угла отклонения диаграммы прибора в плоскости, содержащей осевую лйййю анализатора 1, от парафазного напряжения на Электродах дополнительного отклонякядего анализатора 7, изменилась согласно таблицы.. . Предлагаемое устройство существенно проще прототипа: в. нем Исключен сложный коммутатор напряжения питания отклоняющих пластин, хотя, и Добавлен иc:тp lник 8 питания, анаЛогичньй источнику 5 питания, вместо изготовления отклоняющих пластин из жалюзи, изолированных, друг от друга и имеющих различную ориентацию в пространстве ( направленность I один ИЗ электродов выполнен из сетки, что существенно проще и технологичнее. Это повысило надежность спектрЬметра и снизило его стоимость. В предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом существенно расширен диапазон углов, в пределах которых может осуществляться измерение,он составляет 150-160°.

0,091

0,1140,130 0,152 0,166 0,172

18° 34° 61° 98

1. УГЛОВОЙ СПЕКТРОМЕТР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ малой энергии, соде жащий в корпусе электростатический анализатор с наружной и внутренней отклоняющими пластинами, дополнител ное отклоняющее устройство, установ ленное снаружи у входного окна упомянутого анализатора, источники питания пластин анализатора и отклоняющего устройства, по .крайней мере один детектирующий элемент, усилитель-формирователь и счетчик импульсов , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения устройства и увеличения диапазона углов, в котором провсэдится измерение, дополнительное отклоняющее устройство выполнено в виде соосно расположенных внутреннего и внешнего электродов в форме поверхности вращения,- причем внешний электрод вьшолнен в виде Ьетки. 2. Угловой спектрометр заряженных частиц малой энергии поп.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения безопасности эксплуатации, в нем установлена защитная сетка, размещенная с наружной стороны внешнего электрода дополнительного отклоняющего устройства, изолированная от этого электрода и соединенная с корпу сом спектрометра.