Способ спектрометрии

 

Изобретение относится к оптическому спектральному анализу. Целью является повьппение точности измерения спектральной интенсивности и расширение динамического диапазона измерений . Через рабочий газ пропускают анализируемое излучение, прикладывают магнитное поле с составляющей, перпендикулярной направлению распространения излучения. Образующееся электростатическое поле задерживает фотоэлектроны. По зависимости тока фотоэлектронов от величины задерживающего потенциала судят о спектральной интенсивности каждой из составляющих в анализируемом излучении. Электрический потенциал прикладывается к системе двух секций параллельных пар электронных зеркал, содержащих задерживающие и экранирующие электроды . На электронные зеркала первой и второй секции подают регулируемые потенциалы U , U2 (pU 4j (HpU , Ц, (1+2|)u; соответственно , где - постоянная, характеризующая относительную разрешающую способность. Определяют зависимость разности токов фотоэлектронов в каждой секции от величины наименьшего задерживающего потенциала U, Спектральную интенсивность излучения определяют как величину, пропорциональную разности полученных зависимостей для обеих секций. 3 ил. а & СлЭ сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (S1) 4. С 01 J 3/28 кж твч

KKCA%35AQ

13,.: „ц

ВИЖДЬ )Тgyg

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4077504/24-25 (22) 16.05.86 (46) 23.11.87. Бюл. № 43 (72) Т.ВеКазачевская, Е.Д.Мищенко, И.Л.Ребо, И.И.Трилесник и Я.Н.Тумаркин (53) 543.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 458718, кл. G 01 J 3/28, 1973.

Авторское свидетельство СССР

¹- 784467, кл. G 01 J 3/28, 1980. (54) СПОСОБ СПЕКТРОИЕТРИИ (57) Изобретение относится к оптическому спектральному анализу. Целью является повышение точности измерения спектральной интенсивности и расширение динамического диапазона измерений. Через рабочий газ пропускают анализируемое излучение, приклады- вают магнитное поле с составляющей, перпендикулярной направлению распространения излучения. Образующееся электростатическое поле задерживает фотоэлектроны. По зависимости тока фотоэлектронов от величины задерживающего потенциала судят о спектральной интенсивности каждой из составляюп;их в анализируемом излучении.

Электрический потенциал прикладывается к системе двух секций параллельных пар электронных зеркал, содержащих задерживающие и экранирующие электроды. На электронные зеркала первой и второй секции подают регулируемые потенциалы U, Uä = ((+()U u U (1+()U(, U< = (1+2 )U, соответственно, где — постоянная, характеризующая относительную разрешающую способность. Определяют зависимость разности токов фотозлектронов в каждой секции от величины наименьшего задерживающего потенциала Uq, Спектральную интенсивность излучения определяют как величину, пропорциональную разности полученных зависимостей для обеих секций. 3 ил.

1354041

Изобретение относится к оптическому спектральному анализу и может быть использовано при создании спектрометров для исследования различных источников, излучающих в вакуумной ультрафиолетовой области спектра.

Целью изобретения является повышение точности измерений спектральной интенсивности и расширение динамического диапазона измерений.

На фиг. 1 представлена схема,поясняющая принцип осуществления способа спектрометрии, на фиг„ 2 — график зависимости сигнала на выходе одной из двух секций электронных зеркал от наименьшего из задерживающих потенциалов U при регистрации отдельной спектральной линии; на фиг.3график зависимости сигнала на выходе двух секций электронных зеркал от наименьшего.из задерживающих потенциалов U при регистрации отдельной спектральной линии.

Порядок осуществления предлагаемого способа заключается в следующем.

Анализируемое излучение пропускают через рабочий газ, находящийся внутри двух секций параллельных пар электронных зеркал, к которому приложено магнитное поле Н с составляющей, перпендикулярной направлению распространения излучения. !

К системе двух секций I II прикладывают регулируемые потенциалы.

Каждая секция состоит из пары электронных зеркал 1 и 2 и 3 и 4 расположенных взаимно параллельно. При этом на задерживающие электроды 1а, 2а электронньм зеркал секции I подают регулируемые потенциалы U и U

=(1 + ()U соответственно, где величина, равная относительной разрешающей способности, ее значение выбирается из конкретно поставленной задачи.

На задерживающие электроды За,4а секции II подают регулируемые потенциалы U>=(1+()U< и U<=(1+2j)U> . На экранирующие электроды 16-4б всех электронных зеркал подают нулевой потенциал.

В результате ионизации атомов А рабочего газа под действием анализируемого излучения образуются элек троны Э. Энергия электронов Е связ на с энергией квантов ЬМ исследуемого излучения, как Е =, h 0 — Е где Š— энергия связи электрона в автоме рабочего газа. Группу электронов с энергией Е, образующихся при

5 ионизации атомов рабочего газа монохроматическим излучением, будем называть электронной линией с энергией Е.

Под действием магнитного поля Н электроны диффундируют по направлению к электронным зеркалам.

Электроны Э для которых выполeU няется соотношение! ((arccos )—

\) Е

Ф (где (— угол между вектором V ско(( рости электрона и направлением магнитного поля Н, е — заряд электрона, U — потенциал одного из задерживающих электродов электронных зеркал), проходят через соответствующее электронное зеркало. Электроны, прошедшие через электронные зеркала, детектируют с помощью детекторов 5-8, установленных за электронными зер25 калами.

Разность аТ сигналов, формируемых детекторами 5 и 6 секции I и детекторами 7 и 8 секции II, составит, соответственно

30 (1) (2) = с.I 4х с I-ьх

I7 il где

О, при Ес

U Е

1 — -, при — U Е, Е U приО U

1+ э +) 35 (3) дх =

О, приЕ< U

1 -- -, при «< U E (4)

U Е дх и

Зависимость 4 Т иаТ;, от U npu50 ведена на фиг. 2.

Таким образом, при регистрации линейчатого спектра сигнал на выходе секции параллельной пары электронных зеркал представляет собой суперпозо= цию "ступенек" с резко растущим передним фронтом и медленно спадающим задним фронтом, Каждая из ступенек обусловлена определенной энергетической группой фотоэлектронов. Нача54041 з t3 ло ступеньки характеризует энергию E этой группы, т.е, частоту соответствующей ей спектральной линии исследуемого излучения, а ее высота ДХ иа«с в конце участка роста, соответствую

Е щего U =- связана с интенсив1+7 ностью этой спектральной линии соотношением

Таким образом, предлагаемый способ регистрации спектральной интенсивности изменяет форму сигнала, превращая ступенчатые области роста 4 I в соответствующие линии, ширина которых определяется величиной . Таким образом появляется возможчость изменяя величину оптимальным образом подбирать разрешение и чувствительность исходя

4 матисс с ° I (5) ма«

Если ((1, аХ. = с I f (б)

Сигнал, регистрируемый на выходе двух секций параллельных- пар электронных зеркал, является разностью х !( сигналов 4 Х секции I и 4 I секции

II электронных зеркал, т.е.

4I = 4Х -ьХЙ

Следовательно, проведение сигнала в окрестности линии с энергией Е еЦ описывается выражением (8) 4I = с Х 4х, где зависимость 4х от U ется выражением определяО, приЕ4U (U Е

1 Ф- при 4 4Б Е, (1+2() 1 при 4Ц а—

U Е Е

E 1+2 - — 1+

Е

0 при 0(Ц

4Х = с.I иа«с 1+ (10) В случае, когда 1

4Х „„= с ° I ° f

Зависимость сигнала 4 I от U

Е показана на фиг.3. При — < U< 4 E

1+1 наблюдается линейный рост АХ до вес ° I ° личины, далее в пределах

1+

ŠŠ— «4 U

1 сигнал падает до нуля. Таким образом, отдельные энергетические группы электронов проявляются в сигнале в виде отдельных пикОв HblcoTR KQTQPblx 4 Хма«соот ветствует значению йХ прН

Е

1+

Она связана с интенсивностью спектральной линии соотношением из поставленной задачи. Например,при исследовании спектра Солнца в области 50-100 нм, в которой имеется около

10 интенсивных линий излучения, величину можно выбрать равной 0,02, 15

Кроме того, при предлагаемом способе значительно уменьшаются шумы, связанные с флуктуациями интенсивт ности излучения источника, так как при регистрации линий с меньшими энергиями линии с большими энергиями практически не дают вклада в сигнал и, следовательно, в шум.

Уменьшаются также шумы, связанные с внешними наводками, что особенно существенно при регистрации слабых сигналов, так как для первого и второго электронного зеркала каждой секции такого рода шумы но- . сят коррелированный характер, и в регистрируемом сигнале их вклады вычитаются.

55 что обеспечит. относительное разрешение 27. В качестве рабочего газа удобно выбрать ксенон, наложить магнитное поле напряженностью 300 Э. В гр этом случае задерживающий потенциал

U будет изменяться в пределах от

0,2 В до 12,5 В ° При этом все интенсивные линии будут разрешены, причем система регистрации будет регистриро25 вать не суммарный сигнал от всех линий, а сигнал От каждой линии в отдельности.

Так как окончательно усиливаются лишь уже предварительно выделенные

Зр разностные сигналы, то использование предлагаемого способа существенно расширяет динамический диапазон измерений по сравнению с известным.

Если в известном способе необходимо, чтобы суммарный сигнал всех регистрируемых спектральных линий укладывался, в динамический диапазон системы регистрации, то в предлагаемом способе достаточно, чтобы в ди40 намический диапазон укладывался лишь сигнал отдельной линии.

1354041 25

За

Фие..1

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным состоит в повышении точности измерений интенсивности и анализируемого измерения, что расширяет диапазон его использования для решения задач абсолютной фотометрии.

Кроме того, значительно увеличи- 10 вается динамический диапазон измерений. Например, при исследовании солнечного спектра в области 100-50 нм динамический диапазон увеличивается в 5-10 раз. Это позволяет испольэо- 15 вать предлагаемый способ в объектах космической техники, например, для патрулирования излучения Солнца,также для излучения синхротронного излучения. 20 формула изобретения

Способ спектрометрии, заключающийся в пропускании анализируемого излучения через рабочий газ, приложении магнитного поля с составляющей, перпендикуЛярной направлению распространения излучения, образовании электростатического поля, задерживающего фотоэлектроны, подачей регулируемого отрицательного потенциала на задерживающие электроды пары электронных зеркал, детектировании тока фотоэлектронов и регистрации зависимости этого тока от величины задерживающего потенциала, по которой судят о спектральной интенсивности каждой из составляющих в анализируемом излучении, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений спектральной интенсивности и расширения динамического диапазона измерений, электрический потенциал прикладывают к системе двух секций параллельных пар электронных зеркал, содержащих задерживающие и экранирующие электроды, причем на электронные зеркала первой и второй секции подают регулируемые потенциалы U,,,,U<=(1+ PU< и Ua =(1+ )13, U< =(1+2 )Ц соответственно,(где — величина, характеризующая относительную разрешающую способность), определяют зависимость разности токов фотоэлектронов в каждой секции от величины наименьшего задерживающего потенциала U<,à спектральную интенсивность излучения определяют как величину, пропорциональную разности полученных зависимостей для обеих секций.

) 1354041

7А С

Е Е Е

1+г r

>ace

Е E Е

1fZt 1 1

Составитель Б.Широков

Редактор А.Шандор Техред Л.Сердюкова Корректор А.Тяско

Заказ 5684/36 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4