Спектрометр заряженных частиц

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 409577 (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 07.04.72 (21) 1768937/26-25 с присоединением заявки №вЂ” (32) Приоритет

Опубликовано 05.10.74, Бюллетень № 37

Дата опубликования описания 14.05.75 (51) М, Кл. Ст01 7/00

501t 1/36

Гасударственный каиитет

Совета Министраа СССР аа делам изобретений и аткрытий (53) УДК

621 384 2(088 8) (72) Авторы изобретения

В. Г. Коваленко и Б. В. Поленов

k, (71) Заявитель (54) СПЕКТРОМЕТР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к области ядерной радиоэлектроники и предназначено для измерения характеристик потоков заряженных частиц в космическом пространстве.

Известны спектрометры для регистрации потоков заряженных частиц малой энергии, в состав которых входят электростатический анализатор, детектор, регистратор, задающий генератор, цифро-аналоговый преобразователь и источник питания пластин анализатора, щ

Для увеличения получаемой информации о пространственных распределениях потоков заряженных частиц обычно используют работу нескольких электростатических анализа«

Ф торов с одним детектором частиц таким об- 15 разом, чтобы входные окна анализаторов имели различную пространственную ориентацию, а выходы были направлены на входное окно детектора.

В известных спектрометрах регистрация 20 потоков заряженных частиц осуществляется только в направлениях, в которых ориентированы входы анализаторов. В результате этого информация о пространственных и энергетических распределениях потоков за- 25 ряженных частиц.оказывается весьма огра- . ниченной. Одновременно увеличение количества анализаторов приводит к существенному увеличению габаритов и веса устройства, что в условиях космического эксперимента нежелательно, посколЬку ограничивает его информативность и увеличивает стоимость. Использование вращения космических объектов также не всегда оказывается возможным, так как плоскость вращения прибора обычно не совпадает с направлением измеряемых потоков.

Цель изобретения - повышение точности измерения направленности потоков заряженных частиц при одновременном уменьшении габаритов и веса устройства.

Это достигается тем, что электростатический отклоняющий анализатор со стороны входа содержит вспомогательные электроды, выполненные в виде жалюзи, ребра которых расположены по образуюшей внешней пластины анализатора и ориентированы по траекториям движения регистрируемых частиц и изолированных друг от друга частей внутренней пластины анализатора. Вспомо409577 анализатора гательные электроды через ключевой коммутатор соединены с источником питания электродов анализатора. Ключевой коммутатор связан с узлом триггеров, входы которого через дешифратор и формирователь 5 соединены с узлом предварительного пересчета. Вход узла связан с задающим генератором, а выход — со счетным устройством.

На чертеже изображен предлагаемый спектрометр. 10

Спектрометр состоит из последовательно соединенных электростатического анализатор.-! ра 1, детектора 2, регистратора 3, задающего генератора 4, счетного устройства 5, цифра-аналогового преобразователя 6, источ-И ника 7 питания пластин анализатора, дополнительных вспомогательных электродов 8, узла 9 предварительного пересчета, дешифратора 10 (например, диодный дешифратор), формирователя 11, триггеров 12 и ключевого коммутатора 13 °

Ребра жалюзи попарно образуют коллиматоры, которые могут иметь либо одинаковую направленность в пространство, либо устанавливаться веерообразно, охватывая больший угол. Число групп жалюзи определяется конкретной задачей и может составлять от 1 до 10-20 при выполнении условия г()) г(0 — Ч для того, чтобы изме30 нение центрального угла г, не влияло существенно на его характеристики (энергетическое, угловое разрешение, пропускание), При П числе групп жалюзи схема предварительного пересчета имеет коэффициент пересчета, равный tl + 1. В пределах каждой группы ребра жалюзи электрически соединены друг с друголь

Вспомогательные электроды в виде частей внутренней пластины, подключаемые 40 синхронно с противолежащими группами жалюзи либо к источнику питания анализатора, либо к потенциалу корпуса, необходимы для исключения влияния потенциала от внутренней пластины на траектории част ц. 45

В случае использования однополярного ре игма питания анализатора с подключением внутренней пластины к потенциалу корпуса она может быть сплошной от входа до выхода анализатора. При подаче отклоняющего напряжения от источника питания на все электроды анализатора спектрометр измеряет энергетическое распределение частиц в иаправлении потока Ф

1 55

Углы наклона ребер жалюзи выбраньг таким образом, что при подаче напряжения на все электроды анализатора частицы, падающие в анализатор со стороны ". групп жалюзи, двигаются по траекториям, исключагошим попадание их на выход анализатора и регистрацию детектором. При последовательном, начиная со стороны входа анали» затора, подключении к потенциалу корпуса противолежащих: вспомогательных электродов частицы, прошедшие одну из групп жалюзи, находящуюся под потенциалом корпуса, попадают на траектории, допускающие возможность прохождения их на выход анализатора и регистрацию детектором. Для обеспечения этого условия при подключении к потенциалу корпуса последней пары вспомогательных электродов они включают в себя дополнительные участки пластин также изо« лированные от электродов основного анализатора.

Спектрометр работает следующим образом..

Синхроимпульсы с задающего генератора поступают на узел предварительного пересчета. После пересчета в 2 раз импульсы с узла предварительного пересчета подаются на счетное устройство, управляющее с помощью цифро-аналогового преобразовате1 ля источником питания анализатора. Этот источник подключен к основным электродам анализатора и через ключевой коммутатор может бьчть подсоединен к вспомогательным электродам.

Последовательная во вр=-меди работа ключевого коммутатора осущес.вляется с помощью узла вспомогательного пересчета, который управляет дешифратором, связанным через цепочку ЯЯ -триггеров с клю чевым коммутатором. Узел Й S- триггеров сбрасывается в исходное состойние в начале каждого цикла измерений с помощью формирователя, соединенного с выходом устройства предварительного пересчета и с входом узла Я Я -триг геров.

Измерение угловых и спектральных распределений осуществляется следующим образом. Каждому импульсу, поступающему с задающего генератора, соответствует определенное состояние триггеров узла предварительного пересчета, а 2к импульсам соответствует одно из состояний триггеров счетного устройства, Каждому состоянию счетного устройства соответствует одно из значений напряжения, вгирабать ваемых источником питания анализатора.

В течение каждого периода (время прихода

2 импульсов с задающег о генератора) к тригтепы устройства предварительного пересчета последовательно проходят подлый цикл своих состояний, число которых рав4О9 577

К но 2 . С помощью дешифратора последова» тельно изменяются состояния ЯЯ -григ геров, которые с помощью ключевого коммутатора подключают вспомогательные электроды либо к источнику питания ана° лизатора, либо к потенциалу корпуса. В начале цикла ЯЯ -триггеры устанавливаются в исходное состояние, при котором с помощью ключевого коммутатора на основные и вспомогательные электроды подается напряжение отклонения, выраба.тываемое источником питания анализатоюа.

С приходом с задающего генератора первого импульса цикла . первый триггер устройства вспомогательного пересчета изменяет свое состояние, в результате чего:

I меняется состояние дешифратора, который

:переводит первый ЯЯ -триггер .ф состояние, при котором переключаются две свя занные с ним ключевые схемы, и первая группа жалюзи и противолежащий ей уча1 сток внутренней пластины, т. е. первая группа вспомогательных электродов, под» ключаются к потенциалу корпуса. С приходом второго импульса подключается к по| тенциалу корпуса вторая группа вспомогательных электродов и т. д. С приходом к-1

2 импульса все вспомогательные элекч роды оказываются под потенциалом корпуса.

Одновременно с подключением к потенциалу корпуса вспомогательных электродов последовательно уменьшается центральный угол анализатора, в котором действует отклоняющее поле, и тем. самым изменяется пространственная направленность анализатора, который пропускает частицы в направлении Ф, при подаче отклоняющих напряжений на все электроды, — в направлении Ф при подключении к потенциалу корпуса первой группы вспомогательных электродов и т. д. Таким образоМ, на каждой энергетической ступени (зоне) из меряется направленность потока (сканирование по углу) с заданных угловых направлений, а измерение спектральной характеристики потока осуществляется путем ступенчатого изменения величины отклоня. юшего напряжения на выходе источника питания анализатора.

Чтобы при наличии напряжения на жалюзи частицы, прошедшие в зазор анализатора через жалюзи, не проходили на выход анализатора и оседали на пластинах анализатора, угол между каждым ребром жалюзи и касательной к образующей внешней пластины анализатора должен, быть больше предельного угла падения частиц, при котором возможно их пропускание на

5 выход анализатора.

Чтобы частицы, прошедшие через группу ребер жалюзи, находяшуюся под потенциалом корпуса, попадали на выход анализатора, прямая линия, проведенная в

10 зазоре между двумя ребрами жалюзи па. раллельно любому из этих двух ребер, не должна пересекать внутреннюю пластину

;. анализатора. Из условия прохождения ча стиц с измеряемого направления через

15 жалюзи и анализатор и условия Оседания частиц на электроды анализатора с других направлений можно определить связь между геометрическими параметрами анализатора и углом м(, наклона ребер жалюзи к образующей внешней пластины анализатора и длиной ребер жалюзи 90-анС Б1п

Rg

25 где Я4 и Р 2 — радиусы кривизны внутреннего и наружного электрода анализатора соответственно1

4. — зазор анализатора (d.=R Р )1

З0 1 — длина ребра жалюзи; — зазор между ребрами жалюзи.

Предлагаемый спектромер.р позволяет с большой точностью проводить измерение направленности потоков заряженных частиц и

35 уменьшить габариты и вес устройства в 23 раза.

Предмет изобретения

40 "

Спектрометр заряженных частиц, содержащий последовательно соединенные электростатический отклоняющий анализатор, детектор, регистратор, задающий генератор, счет4 ное устройство, цифро- налоговый преобра»

45 зователь и источник питания электродов анализатора, о т л и ч а ю ш и и с ятем, что, с целью увеличения точности измере ния направленности потоков заряженных частиц, электростатический отклоняющий анализатор со стороны входа содержит вспомогательные электроды, выполненные в виде жалюзи, ребра которых расположеш по образующей внешней пластины анализа55 тора и Ориентированы по траекториям движения регистрируемых частиц, и изолированных друг от друга частей внутренней пластины анализатора, вспомогательные

4О9 577

I электроды через ключевой коммутатор соединены с источником питания электродов анализатора, ключевой коммутатор соединен с узлом триггеров, входы которого через дешифратор и формирователь соедийены с узлом предварительного пересчета, вход ко торого соединен с задающим генератором, а выход — co счетным устройством.