Угловой спектрометр заряженных частиц
Иллюстрации
Реферат
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.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
„„SU„„776395
3ДН Н 0 49 48. 01 T 1 36
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTKPblTHA (21 ) 2770724/18-25 (22 ) 25, 05.79 (46 ) 07.04.83. Бюл.93 3 (72 ) О.Л. Вайсберг, А.В. Шифрин и, Б.И. Хазанов (53) 621.387.424(088.8) (56 ) 1. Вайсберг О.Л. и др. Многоканальный модульный спектроиетр элект ронов и протонов малых энергий. "Приборы и техника эксперимента", 1971, 96 с.42-44. .2, Авторское свидетельство СССР
9 57784 9, кл. Н 01 7 39/34, 1977.
3. Авторское свидетельство СССР
Р 409577, кл. Я 01 Т 7/00, 1974 (прототип).. (54 )(57 ) 1. УГЛОВОЙ СПЕКТРОИЕТР 3АРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ малой энергии, содержащий в корпусе электростатический анализатор с наружной и внутренней отклоняющими пластинами, дополнительное отклоняющее устройство, установленное снаружи у входного окна упомянутого анализатора, источники питания пластин анализатора и отклоняющего устройства, по .крайней мере один детектирующий элемент, усилитель-формирователь и счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства и увеличения диапазона углов, в котором проводится измерение, дополнительное отклоняющее устройство выполнено в виде соосно расположенных внутреннего и внешнего электродов в форме поверхности вращения ; причем внешний электрод выполнен в виде сетки.
2. Угловой спектрометр заряженных частиц малой энергии по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с це- Е и лью повышения безопасности эксплуатации, в нем установлена защитная сетка размещенная с наружной стороны внешнего электрода дополнительного отклоняющего устройства, изолированная от этого электрода и соединенная с корпус сом спектрометра.
776395
Ф 2
Предлагаемое устройство относится пластин анализатора, изменяя углок ядерной физике, в частности к изме- вую направленность спектрометра. рению ядерных излучений и рентгеновс; Недостаток такого устройства ких лучей, и может быть использовано в его сложности. В нем при помощи в космических исследованиях для изме. коммутатора фактически изменяется рения угловых распределений заряжен- 5 угол поворота частиц отклоняющей ных частиц малых энергий. системой и в таких же пределах изИзвестны угловЫе спектрометры за- меняется угол между осью поля зрения
"ряжейних частнц малой энергии, содер .и базовой плоскостью. Для того, чтожащие и независимых узлов детекти- бы этот угол мог значительно менятьрования с электростатическим анализа- 10 ся, необходимо большую часть отклотором и детектором частиц - электрон- няющей системы сделать иэ жалюзи. ньюта умножителем (2 g . что значительно усложнйет и удоро-.
В таких спектрометрах каждый узеМ жает выполнение спектрометра, детектирования имеет угол поля зре- Однако и в этом случае угол прако ния Ч и узлы размещения так, что уг- j тически не может превысить 60 . Кролы между осями направленности поля ме того, достаточно сложным и доразрения смежных узлов составляют гостоящим узлом является коммутатор, также, а общий угол поля зрения который должен в замкнутом состоянии спектрометра равен пЧ. Существенный передавать -напряжения, изменяющиеся недостаток этих устройств - различ, в пределах от нескольких вальт и ное изменение во времени эффектив- .. до нескольких сот вольт, и не должен ности разных детекторов, что приво- вносить дополнительных погрешностей, дит к неравномерности угловой харак- соизмеРимых с минимальнйми значениями теристики спектрометра и снижению этого напряжения . его угловой чувствительности. Кро- 2 11елью изобретения является устраме того, такие спектрометры имеют нение указанного недостатка, т.е. большие габариты и массу. упрощение спектрометра и увеличение
Известны также угловые спектро- диапазона Углов, в котором проводятметры, которые для повышения точнос- cIr измерения : -/ . ти измерений и исключения погрешнос- Указанная цель достигается ти обусловленной различными измене- путем выполнения спектрометра следую.
ЗО
1 ниями чувствительности разных детекто щим образом. ров, содержат один детектирующий Предлагаемое устройство содержит элемент и, изолщюванных электро- электростатический анализатор с настатических анализаторов и коммута" Ружной H "внутренней отклоняющими пластор, подключающий поочередно пласти- З> тинами, одйн или несколько детектируюны каждого анализатора к источнику . щих элементов, .такое же число усилипитания f2 ). На детектор попадают телей-формирователей и счетчиков им частицы, прошедшие через один из пульсов, источник питания пластин анализаторов и идущие на устройство электростатического анализатора и испод определенным углом относительно 40 точник пйтайия детектируйщего элеменбазовой плоскости. 6сновной недоста- та. У входного окна айализатора раз. ток тамих спектрометров - йизкая тех мещено ziorrohriительное отклоняющее нологичность электростатических ана- устройство, йзолирбванное от пластин лизаторов, значительная трудбемкость анализатора:"и соединенное со своим их изготовления, а также значитель- 45 источником"-питания. Упомянутое до ные габариты. : . полнительное устройсгво согласно
Ближайшим к предлагаемому являет- изобретению выполнено в виде соосно ся -сйектраметр, установленные B кор- Расположенных внутреннего и внешнего пусЬ электростатический айалйзатор электродов, имеющих форму поверхносс наружной и внутренней отклоняющи- О ти вращения.. ми пластинами, дополнительное откло- Кроме того, внешний электрод выняющее устройство, установленное с. а- полнен в виде сетки. С наружной сто"ружи у входного окна упомянутого ана. роны внешнего электрода, изолированно лизатора, источники питания пластин ;от него, установлена защитная сетка, анализатора и отклоняющего устройст- которая соединена с корпусом спектрова, по крайней мере один детектирую- метра. Эта сетка повышает безопасщйй элемент, усилитель-формирова- ность эксплуатации прибора. тель и счетчик импульсов (3 .
На фиг.1 дана структурная схема Дополнительное отклоняющее устрой- прЕдлагаемого углового спектрометра ство Расположено у входа основного 60 без защитной сетки, на фиг.2 - то электростатического анализатора, же, с защитной сеткой. ребра жалюзи ориентированы по направ Угловой спектрометр содержит элект. ленню двйжения частиц, а коммутатор ростатический анализатор 1, детектипоочередно соединяет часть жалюзи рующий элемент 2, усилитель-формировас источником питания отклоняющих тель 3, счетчик 4 импульсов, источ776395
10 ник 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 питания и усилителемформирователем 3, а усилитель-формиро ватель»со входом счетчика 4 импульсов. Источник 5 питания соединен с пластинами электростатического анализатора 1, а источник 8 питания с электродами дополнительного откло.. няющего устройства 7.
В устройстве, показанном на фиг.1, внешняя дополнительная пластина сое.динена а одним иэ выводов источника питания и на нее может быть подан значительный потенциал относительно корпуса. Это может явиться источни ком опасности при работе с прибором.
Введение защитной сетки исключает возможность соприкосновения оператора с источникс>м высокого напряжения..
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Электростатический анализатор 1 является селектором энергии (на единицу разряда ) и пропускает из падающего на его вход потока частицы в энергетическом диапазоне, определяе. мом геометрией этого анализатора и поданным на его пластины напряжениями U, Если потенциал электродов дополнительного отклоняющего устройства 70о равно нулю, то анализатор измеряет характеристики потока частиц, приходящихся в его 35 угле зрения. Дополнительное отклоняющее устройство 7 служит для изменения угловой найравленности спектрометра. Если на электроды этого устройства 7 поданы по- 40 тенцйалы О ФО, заряженные частицы, попадающие из внешнего потока в объем действия потенциала дополнительрого отклоняющего устройства 7, двигаются по сложным траекториям (в слу- 45 чае концентрических электродов частицы движутся по плоским кривым второго порядка ). При этом в пределы угла э зрения анализатора 1 приходят частицы, с других, отличных от первоначальных углов, определяемых геометрией электродов дополнительного отклоняющего устройства 7 и поданными на них потенциалами Uo .
Изменение угла визирования прибора происходит при изменении потенциала . электродов дополнительного отклоняющего устройства 7 Uo . При этом энергия частиц, селектируемых анализатором 1, остается неизменной. Перестройка прибора на другой диапазон - 60 энергий производится изменением потенциалов пластин анализатора 1 0z
Угловое селектирование в другом диапазоне энергий обеспечивается последующим изменением потенциала электродов дополнительного отклоняю-„ щего устройства У уже в другом диа- пазоне потенциалов, в зависимости от селектируемой энергии.
Связь между углом отклонения анализируемых частиц, их энергий Е потенциалами на электродах устройства 7 U и геометрией электродов в случае сферических концентрических отклоняющих электродов и применения защитной сетки на этих электродах дается следующим выражением:
М =-29 + a r c cos где: R -радиус внешнего электрода дополнительного отклоняющего устройства;
R2 - радиус внутреннего электрода.
В одном из конкретных устройств, реализующих описанный 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. Эащитная сетка также являлась частью сферы с радиусом 12,5 см. На пластины анализатора 1 и отклоняю-щие электроды 7 были поданы парафазные напряжения. При анализе частиц с энергией Е, выраженной в электровольтах, напряжение на пластинах анализатора 1 0 составляло +0„1 Е .:
При этом зависимость угла отклонения диаграммы прибора в плоскости, содержащей осевую лйнию анализатора
1, от парафазного напряжения на электродах дополнительного отклоняющего анализатора 7, изменилась согласно таблицы.
Предлагаемое устройство существенно проще прототипа: в нем исключей сложный коммутатор напряжения питания отклоняющих пластин, хотя и добавлен источник 8 питанйя, аналогичный, источнику 5 питания, вместо изготовления отклоняющих пластин из жалюзи, изолированных друг от друга и имеющих различную ориентацию в пространстве (направленность 1 один из электродов выполнен из сетки, что существенно проще и технологич- нее. Это повысило надежность спектрометра 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 °
776395
Ю««ЮЮ
ЮЮЮФ««Ъ»
0,114 0,130 0,152 0,166 0,172.
Отис@ение
u+e0,091
18О 34 61 98
Угол откло- . нения
12О
° Ю Фй,) ««««««евюю
«\Ь«
«Ь«4
Составитель В. Рахманов
Редактор E Зубистова ТехредТ.Фанта
Корректор И. Ватрушкина
Заказ 6585/3 Тираж 701
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Рауыокая наб., д. 4/5
Подписное
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4