Датчик для измерения параметров малоэнергетичной плазмы
332376
ОПИСАНИЕ
Союз Советских
Социалистических
Республик
:«.г =. «мс.—. ,от:..к.., ...1
Зависимое от авт. свидетельства №,Ч. Кл. G 01п 27/66
Заявлено 09.III.1970 (№ 1412367. 26-25) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 14.1II 1972. Бюллетень № 10
Дата опубликования описания 28.IV,1972
Комитет по делам изобретеиий и открытий при Совете Мииистрав
СССР
УДК 533 9 08(088 8) Авторы изобретения И. И. Первушин, H. М. Шютте, Н. H. Ганохин и Г. И. Волков
Заявитель
ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
МАЛОЗНЕРГЕТИЧНОЙ ПЛАЗМЫ
Изобретение относится к устройствам для физических исследований космического пространства и может быть использовано для измерения параметров малоэнергетичной плазмы, имеющейся в магнитосфере Земли и вне ее. К числу измеряемы.; параметров относятся: потоки заряженных частиц, направление их прихода и распределение этих частиц по энергиям. Результаты измерений позволяют судить о физических процессах, происходящих в космическом пространстве.
Для измерения параметров»aëîýíåðãåòè÷ной плазмы обычно применяют электростатический анализатор, в котором для анализа заряженных частиц по энергиям используется отклоняющее электростатическое поле.
Кинетическая энергия частиц в анализаторах не изменяется, а траектории движения становятся криволинейными.
Однако электростатические анализаторы имеют недостатки. Они не позволяют непосредственно измерять интегральные потоки; регистрируемые ими потоки заряженных частиц имеют малую величину из-за селекции их в узком энергетическом диапазоне (следовательно, требуется повысить чувствительность электронной регистрирующей схемы); при регистрации частиц с энергией от Е, до
Ез ширина энергетического диапазона ХЕ=
= (Ез — Ei) не может быть выбрана сколь угодно малой. Относительная ширина диапаЛЕ Г Е,+Е, зона б= где E= — средняя энерЕ(, г гия в лучших современны.; анализаторах не
5 может быть меньше нескольких процентов.
Относительная ширина энергетического диапазона б по принципу регистрации является постоянной величиной для всего исследуемо1о го диапазона энергий, Поэтому при изменении средней энергии Е абсолютная ширина энергетического диапазона ХЕ не остается постоянной, а растет с ростом энергии. Это сужает возможности анализа, особенно в слу15 чае неравновесных распределений частиц в плазме.
Предлагаемый датчик позволяет прп регистрации потоков космической плазмы получить узкую и симметричную диаграмму на20 правленности, повысить при этом абсолютные значения измеряемых токов и, кроме того, обеспечивает регистрацшо частиц в любом диапазоне энергии.
Это достигается благодаря новому способу
25 измерения потоков заряженных частиц, основанному на отражении и фокусировке этих частиц с последующим анализом их энергий методом задерживающего потенциала.
На чертеже схематично показан предлагас30 мый датчик.
332376
3
Датчик состоит из отражающего узла (электростатпческого зеркала) и коллекторного узла.
Отражающий узел выполнен в виде вакуумного электростатического KQIIдепсатора, сО стоящего из двух металлических обкладок (электродов), разделенных вакуумным промежутком. Конденсатор размещен внутри сплошного металлического корпуса 1. Одной из обкладок конденсатора служит тонкая высокопрозрачная металлическая сетка 2. Опа является передней (входной) поверхностью корпуса 1 и имеет форму параболоида вращения, Внутри корпуса па изоляторах 8 укреплен отражатель 4, который представляет собою вторую обкладку конденсатора. Отражатель также имеет форму конфокального параболоида вращения.
Электростатический конденсатор может иметь любую форму поверхности второго порядка с фокусом.
Коллекторный узел крепится к корпусу l c
IIoMoIiiью тонких кронштейнов 5. Этот узел заключен в металлический экранирующий стакан б, внутри которого на изоляторах 7 установлены коллектор 8 и запирающая сетка 9. Входное окно стакана, обращенное в сторону зеркала, затянуто металлической сеткой 10, которая электрически соединена со стаканом. Расстояние от коллекторного узла до корпуса 1 должно быть таким, чтобы фокус электростатического зеркала паходился между коллектором 8 и входной сеткой 10.
Это позволяет зпачительно уменьшить площадь коллекторного узла по сравнению с площадью зеркала и, следовательно, уменьшить площадь облучаемой светом поверхности и повысить отношение величины полезного сигнала к величине фона, обусловленного фототоками прибора. Кроме того, интенсивность освещения коллектора также значительно уменьшена благодаря тому, что коллекторный узел может быть освещен только светом, отраженным от электродов конденсатора.
К тому же интенсивность этого отраженного света может быть снижена за счет нанесения на электроды конденсатора покрытий, эффективно поглощающих световое излучение, Соотношение размеров входного окна коллекторного узла и фокусного расстояния зеркала определяет остроту диаграммы направленности.
При работе датчика соединяют корпус 1, сетку 2, кронштейн 5, стакан б и сетку 10 с корпусом летательного аппарата, подают на отражатель анализирующее напряжение U, знак и величина которого определяет знак регистрируемых частиц и их максимальную энергию, подают на сетку 9 запирающее напряжение, величина которого определяет минимальную энергию регистрируемых частиц, на коллектор 8 подают напряжение смещения относительно сетки 9 для подавления вторичной эмиссии с коллектора.
4
Потоки регистрируемой плазмы попадаютв зазор между сеткой 2 и отражателем 4, анализирующее напряжение L соз.i aст з это;; зазоре электростатическое поле. Проника:ощas. в зазор п,.азма разде:. å cÿ на две компоне!!ты: по,(о.":ительн . ю и отрицательную. В зависимости от "-;ianna напояжения U одна из этих компонент ускоряется, и частицы, составляющие эту компоненту, попадают на отражатель 4. Частицы противоположного знака тормозятся в поле электростатического зеркала. Если их энергия достаточна для преодоления тормозящего поля, опи также попадают на отражатель 4. Если же энергия недостаточ а — частицы отражаются и выходят пз зазора в обратном направлении.
Прн этом за счет формы электростатического зеркала все отраженные частицы, которые первоначально (до входа в зазор) двигались параллельно oc. I круговой симметрии датчика, сфокусируются вблизи одной точки — фокуса. Частицы с другими направлениями псрвоначального движения пройдут вдали от точки фокуса. Те частицы, которые достигли района фокуса, попадают в коллекторпый узел.
Пройдя сквозь сетку 10, они попадают под воздействие запирающего потенциала, поданного на сетку 9. Если энергия частиц достаточна для преодоления потенциального барьера сетки 9, то они проходят ее и попадают на коллектор 8. Таким образом, датчик дает возможность регистрировать частицы определенного знака с энергиями от Li до L и с направлением движения параллельно оси датчика.
Конструктивное выполнение датчика позволяет повысить эффективность его работы, а именно: использовать большую площадь входной поверхности, что увеличивает регистрируемый сигнал без ухудшения энергетических характеристик; достичь острой и симметричной угловой диаграммы направленности; регистрировать интегральные потоки в заданном диапазоне энергий и обеспечить измерение абсолютной ширины диапазона ЛЕ по любому закону; эффективно -подавлять фототоки за счет того, что приемный узел не направлен на
Солнце и имеет площадь значительно меньшую, чем площадь входной поверхности конденсатора; легко изменять ширину угловой диаграммы направленности за счет изменения размеров входного окна коллекторного узла; при одном отражающем узле регистрировать одновременно потоки частиц, имею цих различные направления, устанавливая нес.(олько приемников в разл; чпые точки фокальпой поверхности.
Предмет изобретения
1. Датчик для измерения параметроз малоэнергетичной плазмы преимущественно в кос332376 лилрлю
Составитель Е. Громов
Техред Л. Богданова
Корректор Л, Орлова
Редактор Т. Орловская
Заказ 1022/4 Изд. № 363 Тираж 448 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2 мическом пространстве, содержащий электростатический анализатор, от.гг чающийся тем, что, с целью сужения диаграммы направленности, анализатор выполнен в виде электростатического зеокала, которое имеет форму поверхности второго порядка, например форму пар аболоида вращения, причем один электрод анализатора, обращенный в сторону регистрируемого потока, выполнен в виде высокопрозрачной металлической сетки так, что обеспечивается фокусировка отраженны., от зеркала заряженных частиц в точку пространства, где установлен коллекторный узел, экранированный от случайных потоков ча5 стиц.
2. Датчик по п. 1, отличающийся гем, что кол IpKTOpHbIH узел содержит секционированный собирающий электрод, каждая секция которого регистрирует частицы в определенном
10 угловом диапазоне.
