Система прецизионной корректировки и управления движением отдельных заряженных частиц

Авторы патента:

Штаб Эдуард Владимирович (RU)

Синельников Борис Михайлович (RU)

Штаб Александр Владимирович (RU)

Пагнуев Юрий Иванович (RU)

Каргин Николай Иванович (RU)

H01J47 - Приборы для определения наличия, интенсивности, плотности и энергии излучения или частиц (фотоэлектрические разрядные приборы, в которых не происходит ионизация газа, H01J 40/00)

Владельцы патента RU 2303311:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Нано Креатор" (RU)

Изобретение относится к области научного приборостроения, позволяет создавать и исследовать объекты размерами до 10^-10 метра. Технический результат - возможность реализации растровой электронной микроскопии с высокой разрешающей способностью, определяемой квантовым соотношением неопределенности; ионной микроскопии с разрешением, зависящим от энергии и массы иона; электронной просвечивающей микроскопии; создание различных систем конструирования нанообъектов из отдельных атомов. В системе прецизионной корректировки и управления движением отдельных заряженных частиц присутствуют источник заряженных частиц (ускоренных ионов или электронов); диафрагма; электростатический вентиль; система регистрации координат и скорости заряженной частицы; система корректировки движения заряженной частицы; система отработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движением частицы. Из потока заряженных частиц при помощи электростатического вентиля выделяется отдельная частица, далее, системой регистрации координат и скорости заряженной частицы, определяется ее скорость и координаты, рассчитывается электрическое поле, необходимое для прецизионной корректировки движения, рассчитанный сигнал подается к системе корректировки движения, в результате чего заряженная частица попадает в строго определенное место на мишени. 1 ил.

Изобретение относится к области научного приборостроения, позволяет создавать и исследовать объекты размерами до 10^-10 метра.

Известна система сканирующего туннельного микроскопа (патент Швейцарии N 643397, кл. Н01J 37/285). Система основана на использовании механического зонда для получения увеличенных изображений поверхности. Методом сканирующей туннельной микроскопии можно получать трехмерное изображение поверхности с разрешением до долей ангстрема. В конструкцию системы сканирующего туннельного микроскопа входят зонд, пьезоэлектрические двигатели для перемещения зонда, электронная цепь обратной связи, ЭВМ для управления процессом сканирования, получения и обработки изображения. Туннельный сенсор измеряет ток, протекающий между металлическим зондом, который почти касается проводящего образца, и образцом. Зонд представляет собой остро заточенную иглу. Изменению расстояния от иглы до образца отвечают резкие экспоненциальные изменения туннельного тока. Таким же образом, при помощи системы сканирующей зондовой микроскопии можно переносить атомы и создавать объекты, состоящие из нескольких атомов.

Недостатками данной системы являются: 1) относительно большое время сканирования поверхности; 2) относительно низкое разрешение при сканировании предельно плоских поверхностей, которое лимитируется диаметром атома на самом конце зонда; 3) подлинное изображение искажается из-за влияния геометрии острия зонда при прохождении туннельного тока; 4) для создания объектов из отдельных атомов в экспериментальных и тем более промышленных целях туннельная микроскопия неприемлема, так как занимает очень большое время.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в возможности реализации:

- растровой электронной микроскопии с высокой разрешающей способностью, определяемой квантовым соотношением неопределенности;

- ионной микроскопии с разрешением, зависящим от энергии и массы иона;

- электронной просвечивающей микроскопии;

- на основе заявленного изобретения возможно создание различных систем конструирования нанообъектов из отдельных атомов.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе прецизионной корректировки и управления движением отдельных заряженных частиц такие узлы, как зонд, пьезоэлектрические двигатели для перемещения зонда, электронная цепь обратной связи, ЭВМ для управления процессом сканирования, получения и обработки изображения, полностью заменены следующими узлами и блоками: источник заряженных частиц (источник ускоренных ионов или электронов); диафрагма; электростатический вентиль; система регистрации координат и скорости заряженной частицы; система корректировки движения заряженной частицы; система отработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движением частицы. Также система прецизионной корректировки и управления отличается принципом работы, он состоит из следующих этапов: из потока заряженных частиц, при помощи электростатического вентиля выделяется отдельная частица, далее, системой регистрации координат и скорости заряженной частицы определяется ее скорость и координаты; рассчитывается электрическое поле, необходимое для прецизионной корректировки движения, рассчитанный сигнал подается к системе корректировки движения; в результате чего заряженная частица попадает в строго определенное место на мишени.

На чертеже изображена схема системы прецизионной корректировки и управления движением отдельных заряженных частиц.

Она включает источник заряженных частиц 1 для создания потока ионов или электронов. Диафрагма 2 для ограничения расходимости потока заряженных частиц. Электростатический вентиль 3, обеспечивающий запирание потока с целью обеспечения последовательного прохождения заряженных частиц в систему регистрации. Система регистрации координат и скорости заряженной частицы 4 состоит из четырех пар емкостных микроклиньев 4.1-4.4, обеспечивающих измерение координат XY и скорости заряженной частицы. Блок обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движением частицы 5 для расчета сигнала, необходимого для корректировки движения заряженной частицы. Система корректировки движения заряженной частицы 6 состоит из двух корректирующих электрических емкостей 6.1, 6.2, направляющих заряженную частицу в строго определенную позицию на мишени.

Система работает следующим образом из источника заряженных частиц 1 вылетают частицы, диафрагма 2 ограничивает расходимость потока частиц, то есть отсеивает частицы, имеющие неперпендикулярный вектор движения, по отношению к диафрагме. Далее частицы движутся к электростатическому вентилю 3. После регистрации частицы в системе регистрации координат и скорости заряженной частицы 4 сигнал передается в систему отработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы 5, после чего электростатический вентиль 3 закрывается, тем самым, предотвращая доступ в систему более одной частицы одновременно. При движении заряженной частицы через емкостные микроклинья 4.1 системой обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы 5 фиксируется координата Y; при движении через микроклинья 4.2 определяется координата движения X. Затем, пройдя расстояние l на микроклиньях 4.3 и 4.4 вторично определяются координаты, тем самым, по значению расстояния l, система обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы 5 определяет скорость частицы. Пройдя буферную длину L, которая определяется временем обработки сигнала, заряженная частица попадает в систему корректировки движения заряженной частицы 6, которая состоит из двух корректирующих электрических емкостей 6.1, 6.2, изменяющих координаты частицы по Y и Х соответственно за счет сигнала, подаваемого от системы обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы 5. После чего частица попадает на мишень в заданную координату.

Система прецизионной корректировки и управления движением отдельных заряженных частиц, содержащая последовательно расположенные на одной оптической оси: источник заряженных частиц, ускоренных ионов или электронов, диафрагму, электростатический вентиль, систему регистрации координат и скорости заряженной частицы и систему корректировки движения заряженной частицы; после регистрации частицы в системе регистрации координат и скорости заряженной частицы сигнал передается в систему обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы, после чего электростатический вентиль закрывается, предотвращая доступ в систему более одной частицы одновременно, системой регистрации координат и скорости заряженной частицы определяется ее скорость и координаты; в системе корректировки движения заряженной частицы изменяются координаты частицы за счет сигнала, подаваемого от системы обработки регистрируемого сигнала и подачи сигнала корректировки движения частицы, в результате чего заряженная частица попадает в строго определенное место на мишени.

Изобретение относится к отрасли приборостроения, в частности к средствам рентгеновской аппаратуры, используемой для медицинской и технической диагностики состояния органов человека, качества технологических процессов соответственно и других, а также при экологическом мониторинге окружающей среды.

Спектрометрическая ионизационная камера // 2299492

Изобретение относится к области регистрации ионизирующего излучения и может найти применение в измерении энергий альфа-частиц. .

Газонаполненная ионизационная камера // 2297073

Детектор альфа-излучения // 2269839

Изобретение относится к области измерения интенсивности -излучения и может быть использовано для определения интенсивности -излучения образцов материалов. .

Способ измерения концентрации ионов // 2267186

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения концентрации аэроионов. .

Устройство для регистрации гамма-нейтронного излучения // 2264674

Изобретение относится к детектирующим элементам, а именно к устройствам, в которых происходит регистрация гамма-квантов с высоким энергетическим разрешением и потоков нейтронов одновременно, за счет взаимодействия гамма-излучения и нейтронов с рабочим веществом детектора, и может быть использовано для оперативного обнаружения и идентификации гамма-нейтронного излучения от различных объектов, применяемых в ядерно-физических исследованиях и атомной энергетике, для технологического контроля при переработке ядерного топлива, для реакторной диагностики, для исследования нефте-газовых скважин, а также для контроля за перемещением гамма-нейтронных источников на таможне и т.д.

Спектрозональный рентгеновский детектор // 2262720

Рентгенографическая установка сканирующего типа (варианты) // 2257639

Изобретение относится к области регистрации рентгеновского излучения и может быть использовано как в медицинской рентгенографии, так и для досмотра людей в целях безопасности для обнаружения спрятанных на/в теле, в одежде опасных и скрываемых предметов и веществ.

Ультрафиолетовая лампа и фотоионизационный газоанализатор на ее основе // 2256255

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и, в частности, к ультрафиолетовым (УФ) лампам, и фотоионизационным газоанализаторам на их основе. .

Устройство для измерения ионного состава газообразной среды // 2251714

Система считывания информации со стримерных камер // 2327209

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, а именно к системам сбора данных в исследованиях по ядерной физике и физике элементарных частиц, и может быть использовано для сбора информации со стримерных камер координатных детекторов годоскопического типа большой площади

Газоразрядный преобразователь радиационного изображения в видимое // 2333566

Изобретение относится к электрическим газоразрядным приборам, которые могут быть использованы для визуализации радиационных излучений при неразрушающем контроле материалов и изделий

Ионизационная камера для системы управления и защиты ядерного реактора // 2384913

Изобретение относится к регистрации нейтронов и гамма-излучений, преимущественно регистрации нейтронов в системах управления и защиты (СУЗ) ядерных реакторов

Детекторные устройства и матрицы с высокой чувствительностью и высокой разрешающей способностью // 2406181

Способ измерения концентрации ионов и устройство для его реализации // 2459309

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения концентрации ионов воздуха как в свободной атмосфере, так и в жилых, промышленных и других помещениях

Устройство для счета ионов // 2464636

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения концентрации ионов воздуха

Гибридная фоточувствительная схема (гфс) // 2504043

Гибридная фоточувствительная схема содержит: алмазный матричный фотоприемник (МФП), индиевые столбики и кремниевый мультиплексор с чувствительными площадками. В состав МФП входят: верхний плоский электрод, на который подается напряжение смещения, алмазная пластина и нижние электроды чувствительных элементов алмазного МПФ, с которых снимается сигнал. Нижние электроды гальванически связаны через индиевые столбики с расположенными в виде прямоугольной матрицы с осями X и Y чувствительными элементами кремниевого мультиплексора. Число индиевых столбиков на каждой осей X и Y должно быть не менее двух. Кроме того, матрица алмазного фотоприемника по оси X и Y имеет в два раза шаг больше, чем матрица кремниевого мультиплексора, и нижние электроды чувствительных элементов алмазного МПФ расположены в шахматном порядке. Нижние электроды чувствительных элементов алмазного МПФ соединены гальванически индиевыми столбиками только с нечетными или четными чувствительными площадками кремниевого мультиплексора, поэтому, свободные чувствительные площадки кремниевого мультиплексора могут использоваться для регистрации видимого и ИК-излучений. Технический результат изобретения - расширение детектируемого диапазона излучения, за счет одновременной регистрации изображения в ультрафиолетовом, видимом и ИК спектре, увеличение срока службы ГФС за счет исключения попадания жесткого УФ излучения на мультиплексор. 4 ил.

Способ измерения интенсивности источников вуф-излучения и устройство для его осуществления // 2505884

Изобретение относится к способам измерений интенсивности источников ВУФ-излучения и устройствам для их осуществления. В способе измерения интенсивности источников ВУФ-излучения через проточную ионизационную камеру, облучаемую источником ВУФ-излучения, пропускают поток ионизуемого вещества и измеряют ионизационный ток, а затем по величине ионизационного тока и квантового выхода рассчитывают поток ВУФ-излучения. Через ионизационную камеру пропускают смесь газа, прозрачного для ВУФ-излучения, с содержанием ионизуемого вещества от 1000 ppm до 10000 ppm при давлении не ниже атмосферного, причем в состав смеси добавляют компонент, поглощающий ВУФ-излучение, но не ионизуемый этим излучением, с концентрацией 0,5-20% по объему. Описано также устройство для осуществления способа, содержащее проточную ионизационную камеру с источником ВУФ-излучения, облучающим внутренний объем камеры, два электрода для измерения ионизационного тока, патрубки для подвода и отвода ионизуемого вещества. В устройство введен баллон, содержащий смесь прозрачного для ВУФ-излучения газа с ионизуемым веществом, концентрация которого составляет от 1000 ppm до 10000 ppm, находящуюся при давлении выше атмосферного, причем в потоке газа, поступающего в проточную ионизационную камеру, установлены регулятор расхода и измеритель расхода газа. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Гибридная фоточувствительная схема (гфс) // 2519052

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано при создании многоспектральных и многоэлементных фотоприемников. Гибридная фоточувствительная схема содержит алмазный матричный фотоприемник (МФП), индиевые столбики и кремниевый мультиплексор с чувствительными площадками, расположенными на нем в шахматном порядке в виде прямоугольной матрицы и по числу равными числу индиевых столбиков. В состав МФП входят алмазная пластина и расположенный на ней верхний плоский электрод, а также нижние электроды чувствительных элементов МФП, по числу равные числу индиевых столбиков, расположенных под алмазной пластиной. На нижней стороне алмазной пластины сформированы в шахматном порядке легированные бором площадки, верхние контактные поверхности четных или нечетных нижних электродов гальванически соединены с нижней поверхностью алмазной пластилины, а верхние контактные поверхности нечетных или четных нижних электродов гальванически соединены с площадками, легированными бором. Нижние контактные поверхности нижних электродов через индиевые столбики гальванически соединены с чувствительными элементами кремниевого мультиплексора. Изобретение обеспечивает расширение детектируемого диапазона излучения в 75 раз за счет одновременной регистрации изображения в УФ и ИК-спектре частот излучений. 3 ил.

Устройство регистрации микрометеороидов и частиц космического мусора // 2522504

Устройство предназначено для использования в космической технике, в частности для регистрации микрометеороидов и частиц космического мусора. Устройство регистрации микрометеороидов и частиц космического мусора содержит подложку, которая представляет собой микроканальную пластину, играющая одновременно роль коллектора иона и соединенную с источником высокого напряжения, а анод микроканальной пластины соединен с усилителем, соединенным с блоком обработки сигналов. Технический результат - повышение чувствительности и упрощение устройства. 2 ил.