Многоканальный анализатор атомных частиц

 

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.Я0„„1447196 А 2 (51)5 Н OI J 49/ЗО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (46) 23.09.90.Бюл. Р 35 (61) 427275 (21) 3517198/24-21 (22) 01.12,82 (71) Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (72) Е.Л.Березовский, А.Б.Извозчиков, A.И.Кисляков, M.Ï,Ïåòðîâ и С.Я.Петров (53) 621.384(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 427275, кл. Н 01 J 49/30, 1972. (54) (57) 1. 1 ЛОГОКАНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР АТОИН1 Х ЧАСТИ1(по авт. св, 11- 427275, о тл и ч ающнй с я тем, что, с целью увеличения энергетического диапазона и обеспечения возможности регулирования энергетнческого разрунения при сохранении стабильности дифференциальной чувствительности прибора, ионнэационная камера выполнена с отверстиями для входа и выхода пучка, изготовлена из проводящего материала, изолирована от корпуса анализатора и соединена с источником регулируемого напряжения.

2. Анализатор по п. 1 ° о т л ич а ю m и и с я тем, что.между ионизационной камерой и диспергнрующим элементом установлен блок выравнива-. ния электрического поля в виде диафрагм с отверстиями на оси, проходящей через центры отверстий иониэационной камеры, .гальванически соединенных с камерой посредством омического делителя.! 1 4471 96 2

Изобретение относится к исследованиям вьгсокотемпературнай плазмы.

Целью изобретения является увеличение энергетического диапазона и обеспечение возможности регулирова- ния энергетического разрешения при сохранении стабильности дифференциальной чувствительности прибора за счет создания внутри ионизационной !О каггеры потенциальной ямы для ионов, образующихся в результате обдирки атомных частиц.

На фнг. 1 представлена схема предлагаемого анализатора атомных частиц; на дриг. 2 — зависимость коэффициента прохождения частиц через анализатор от соотношения напряжения на ионизационной камере Ц и энергии частиц Г; на фиг. 3 — энергетические 20 контуры каналов известного (а) и предлагаемого (б) анализаторов прн

U /Е,=.803, где E энергия, регистрируемая в первом канале анализатора.

Анализатор атомных частиц состоит 25 из.иоиизационнай камеры 1, установленной на изоляторе 2 и корпусе прибора Ff выполненной из проводящего материала (стали, латуни, алюминин) в виде полого тела (например, цилиндра, параллелепипеда) с отверстиями для входа и выхода пучка, блока 3 выравнивания электрического полн, выполненного иэ диафрагм 4, располо: женных перпендикулирна аси устройства H соединенньгх с ионизационнай камерой I посредствам делителя 5 напряжения. Далее по ходу Ifó÷êà установлен диспергирующий элемент 6,; .гполгген- . ный, например, в виде электрастати- л0 ческога конденсатора или электромагнита с полюсами, расположенными перпендикулярно оси пучка, канагговые конденсаторы 7 и детекторы 8, Ианиза- циоггняя камера соединена с истачни- 4 ком 9 регулируемого напряжения.

Анализатор работает следуюгггим об° ъа ока

В случае, когда на ианизацианную камеру 1 напряжение от и".òî÷íèêà не подается, обраэовавгшгесн в камере ионы поступают в диспергируюший элемент 6 с энергией Е, равной энергии атомов, из которых.они ббразавались в результате обдирки. В этом случае рабата предлагаемого анализатора аналогична работе известного. При подаче на ионизацнонную камеру 1 тормозящего напряжения от источника

9 (т.е. отрицательного напряжения для положительно заряженных ионов) выходящие из ионизационной камеры 1 ионы поступают на вход диспергирующего элемента 6 с эиергией Е-U (где

U,< E). Далее работа анализатора совпадает с прототипом. В результате предельная энергия, регистрируемая анализатором, возрастает на величину U

При этом сужается диапазон Д одновременно .регистрируемых энергий. В отсутствие потенциала на камере иониФ о а Е„г ко эации этот диапазон Д = - -- есть

Емин отношение энергий частиц, регистрируемых самым высокаэнергетичным и самым низкоэиергетичным каналами анали о Г затора . Величина Д задается геометрией анализатора и составляет в раза ных моделях анализаторов Д =10-30, -При подаче на корпус ионизационной камеры 1 тормозящего напряжения U этот диапазон Д существенно уменьа шится по сравнению с Д . В этом случае высокознергетичным и ннзкоэнергетичным каналами будут зарегистрированы энергии частиц на входе в камеру а ионизации соответственно F„, „=Е„„,+ о

А анс л а ко

+U и E»=E„„„+U . Введем обозначения коэффициента торможения 1г=11„-/

1 а х о

Еиамс/ ми (Ема о г ) /Е ма н 4 а о

Иэ этих соотношений видно, чта о f при Д =10 и 1=0,8 =2,8, а при Д =30 Д =6,8, т.е. при коэффициеяте торможения ионов k=0,8 диапазон одновременно регистрируемых энергий уменьшается примерно в 4 раза.

Ма ага показать, что энергетическое разрешение прибора при наличии торможения S составит $ =S /,1-k), т.е. г а при k=O,B увеличится в 5 раз, где

S — энергетическое разрешение анализатора в отсутствие напряжения на

< нанизац;:анной камере 1.

Изменение величины напряжения на ..ионизацианной камере 1, т,е. изменение величины k дает возможность регулировать энергетическое разрешение и изменять энергетический диапазон анализаторе.

При подаче напряжения на ионизационную камеру 1 происходит расфакуснровка потока ионов, выходяUIFfx иэ

3 }447 } камеры; в результате, если не увелиуить размеры анализатора,.то часть частиц не попадет в детекторы 8, и чувствительность анализатора уменьшится °

Это связано с тем, что при подаче напряжения на иониэационнную камеру на выходе из иее создается электрическое поле, имеющее состав- ip ляющую, направленную перпендикулярно оси пучка. Эта составляющая электрического поля отклоняет ионы, выходящие иэ иониэационной камеры, от их первоначального направления движе- )Б ния. Для исключения этого эффекта необходимо максимально уменьшить перпендикулярную направлению пучка составляющую электрического поля. С этой целью в предлагаемую конструкцию ана- 20 лизатора может быть введен блок 3 выравнивания электрического лоля, состоящий иэ диафрагм 4, установленных непосредственно эа иониэационной камерой 1 и соединенных делителем 5 25 напряжения. Для стандартного много канального анализатора наиболее удачной представляется конструкция, состоящая иэ 10 диафрагм, расположенных на расстоянии 3 мм одна от дру- 30 гой, с равномерным распределением напряжения по диафрагмам, Пакет диафрагм, разделенных иэолирующими maA"

96

4 бами, может быть закреплен на иоииэационной камере, выполненной н виде металлического бочонка, закрепленного на корпусе анализатора через тефлоновый изолятор. Такая конструкция .З анализатора позволяет сохранить неизменной чувстнительность анализатора вплоть до 80% торможения ионон (фиг. 2). Эта неличина и использовалась в лринеденных расчетах. В этом случае энергетический диапазон прибора увеличивается в },9 раза и достигает 90 кэВ.

Подобная конструкция существенно расширяет воэможности многоканальных анализаторов атомов. Она позволяет использовать одинаковые приборы на установках с самыми различными параметрами плазмы, я также в целом ряде специфических условий (например, при исследованиях методов дополнительного нагрева плазмы), когда требуется подробное ° иэучение отдельных участков энергетического спектра атомов. Конструкция анализатора с I регулируемой дисперсией может быть использована для изучения спектров атомов с разной степенью подробности в процессе одного разряда плазменной установки путем подачи меняющегося в процессе разряда напряжения на иоииэационную камеру, 60 Ю . 1Ю

ôè" 2

l447! 96

gd Е,ОлжФ

Составит А Нестерович

Редактор О.Стенина Техред И.Ходаиич . Корректор И.Муска,.

Заказ 3329 Тираж 400 Подписное

Г 1

ЗНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

133035, Москва, Ж-35, Рауаская иаб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Узгород, уп. Проектная, 4