Электростатический анализатор пото-kob заряженных частиц

 

Н И >695318

Союз Советскик

Социалистически к республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено . 0%1177 (2f) 2542312/18-25 с прйсоединением заявки Ко— (51)м. к„.

G 01 т 1/36

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликьвано 070681, Бюллетень МВ 21 (53) УДК 621. 317. .794(088.8) Дата опубликования описания 070681 (72) Авторы изобретения

Г.И. Волков, К.И. Грингауз, Л.И. Денщикова и А.П. Ремизов (73) Заявитель.(54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ПОТОКОВ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к электростатическим анализаторам, предназначенным для исследования потоков заряженных частиц в околоземном и межпланетном пространстве с помощью космических аппаратов.

Для определения узконаправленных потоков заряженных частиц в космосе, например, потоков ионов солнечного ветра, используют многоканальные ана» лизаторы.

Так как регистрация частиц с раз " ных направлений проводится разными детекторами, а ими, как правило, служат вторичные электронные умножи- 15 тели, то возможны большие ошибки измерений из-за изменения эффективности детекторов с течением времени. В частности, из-за неопределенности величин эффективности детекторов при 20 измерении узконаправленных потоков частиц такими способами нельзя определять концентрации частиц, угол их прихода и проводить частичную обработку информации на борту космическо- 25 го аппар ата .

Механическое углевое сканирование . анализатора не всегда можно использовать из-за низкой надежности механических систем в вакууме, большой 30 инертности и жестких ограничений по массе, габаритам и энергопотреблению научной аппаратуры.

Наиболее близкнм по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является электростатический анализатор, основанный на принципе электрического сканирования его угловой диаграммы направленности, который устраняет перечисленные выше недостатки, присущие известным анализаторам потоков заряженных частиц.

Такой анализатор состоит из двух отклоняющих металлических электродов тороидальной формы - -одного сплошного, а другого секционированного, коммутирующего устройства, детектора частиц, двух источников напряжения: источника анализирующего напряжения и источника напряжения расстройки.

Один из отклоняющих электродов разрезан по окружности на две (примерно равные) части, а его входная часть о в свою очередь разрезана в радиальных направлениях на несколько секций, каждая из которыМ через коммутирующее устройство соединена с источником напряжения расстройки. Другой сплошной электрод соединен с источником анализирующего напряжения. Когда одна

695318 из секций имеет нулевой потенциал от-

" носительно корпуса (на другие секции подается напряжение расстройки),. то на детектор попадают только те части цы, найравление вектора скорости Которых с в" да с н рм""ью к входу этой 5 секции. Поскольку нормали к входным кнам разных секций имеют разные наравления, то за счет переключения — Нулевого потенциала с одной секции на дРугую осуществляется угловое сканиро«(О ванне диаграммы, направленности прибора.

Однако в таком анализаторе скани" ро«вание" осуществляется по окр. жнос- ти, и поэтому диаграмма направлен нОсти всех секций лежит в области,15 шарового кольца, Это удобно для

" йзучения угловых распределенйй ква" - Зотропных осесимметричных потоков заряженнйх частиц (например, питчугловых распределений в авроральных областях).

Надежное измерение угловых распределений неосесимметричных потоков с большой степенью направленности (например, потоков ионов солнечного ветра и переходного слоя за фронтом ударной волны) такими приборами невозможно, так как сканирование в

-: —, таких анализаторах не охватывает весь телесный угол прихода частиц.

Цель изобретения — измерение угловых распределений узкбнаправленных

* " " гТОтоков заряженных частиц однйм детектором за счет сканирования угловой диаграммы направленности анализ атора в пределах всего телесного угла прихода частиц.

Это достигается тем, что электроды тороидального секционированного

"анализатора со стороны прихода час" тиц срезаны так, что нормали к входу 4О каждой секции ориентированы в разных найравлениях и лежат внутри заданно " " = го г ЗЖсного угла, определяемого угловим разбросом частиц.

На чертеже схематически изображен 4 предлагаемый анализатор.

Анализатор состоит из системы отклоняющих металлических электродов

1; 2, 3, детектора частиц 4, источника 5О анализирующего напряжения 5, коммути рующего устройства б и иоточника напряжения расстройки 7 ° Одий %з "от"- " клойя)ощих электродов, например; внешний электрод 2 выполнен сплошным. Он соединен с источником анализирующего напряжения. другой внутренний электрод 3 разрезан по окружности на две половины так,. чтобы Ф вЂ” ф/ (на чертеже

Ф1 Ж 90О) причем ближайшая к детектору часть соединена с корпусом. Вход- 60

"" «" йая часть "этого электрода разрезана в радиальных направлениях на несколь "ко равных секций, кбторые через коммутирующее устройство соединены с источником напряжения расстройки. 65

Со стороны прихода частиц как втутренний, так и вшнешний электроды каждой секции срезаны так, что нормали к входу каждой секции ориентирбваны в "разных направлениях и лежат внутри заданного телесного уг-.

Ла, определяемого характерным угловым разбросом частиц. На чертеже показан случай, когда нормали к входу секций составляют с осью прибора углы Оо, О„, 4), причем угол В больше угла 9„.

Параметры анализирующей системы: ф R; л R направления нормалей, азиму талвное расположение секций с определенным углом Q и количество этих секций определяются требованиями физического эксперимента к чувствительности прибора, его разрешению по углам и энергии, а также диапазону его углового сканирования.

Принцип работы прибора заключается в следующем.

В рабочем режиме, например, в режиме регистрации положительных ионов на электроды прибора подаются следующие потенциалы: на электрод

2 — анализирующее напряжение + U<>,,на электрод 3 — потенциал корпуса, .на электроды 1 (кроме одного, имеющего потенциал корпуса) - напряжение расстройки + 0> .

Частицы, попадающие на каждую из секций, должны пройти последовательно два анализирующих промежутка, образованнЫх электродами 1, 2 и электродами 2, 3.. Когда потенциал электрода 1 равен потенциалу корпуса, оба анализирующих промежутка (промежуток 1-2 и промежуток 2-3) будут настроены на одну и ту же энергию

Е=р0 н, где,0 — коэффициент выигрыша анализирующей системы.

Л = Е(Хейман

/ где 2 е - з аряд частицы.

Частицы, попавшие на эту секцию и обладающие энергиями в пределах диапазона Е+ьЕ (где ЬŠ— энергетическое окно прибора), пройдут оба анализирующих промежутки и з афиксируются детектором, Частицы, попавшие в любую другую секцию, должны пройти анализирующие промежутки, настроенные на разные энергии: Е < =>(q„„-0р) и

Е2, =pU q и имеющие энергетические окна ьЕ . и ьЕ . Частицам, чтобы пройти оба промежутка (промежуток 1-2, настроенный на энергию Е4 +дЕ и промежуток 2-3, настроенный на энер гию Е . +БЕ,1, необходимо обладать энергйей, велйчина которой лежала бы как внутри диапазона Е4 +ЬЕ,, так и внутри диапазона E<>+aE< >. При определенном значении напряжения расстройки Up эти энергетические диапазоны не перекрываются и, следователь695318 но, частицы гибнут на электродах либо одного, либо другого промежут ка.

Поэтому при подаче напряжения рас-. стройки определенной величины на все секции, кроме одной, частицы пройдут только через зазор между электродами той секции, электрод 1 которой

5 имеет нулевой потенциал, и попадут на детектор. Переключая нулевой потенциал с одной секции на другую, можно осуществить угловое сканирование диаграммы направленности прибо ра. Направление прихода частиц определяется нормалью к входу секции, через которую прошли частицы. Так как электроды прибора со стороны прихода частиц срезаны под различными углами (на.чертеже 0, gq, О ), то нормали к входу каждой секции ориентированы в разных направлениях и лежат внутри заданного телесного угла (на чертеже с это конус с углом при вершине 2 ). 20

Таким образом, за счет переключения нулевого потенциала с одной секции на другую осуществляется угловое сканирование диаграммы направленности прибора, которая лежит внутри конуса 5 с углом раствора 2 О, где О- максимальный угол между нормалью к входу секции и осью прибора. Энергетические характеристики потоков частиц определяются как и в ранее известных анализаторах путем. изменения величин анализирующего напряжения.

С целью экспериментальной проверки работоспособности предлагаемого прибора был создан макет со следующими па- З раметрами (aM. чертеж): Ф =180, ф =

=90o,лКЯ=0,О75, число секций 16, нормали к входным окнам составляли углы

О, 9„ =10 Ву =20 . Макет облучался направленным потоком ионов водорода с энергией 2 кэВ. Эксперименты показали, что путем переключения нулевого потенциала с одной секции на другую осуществляется сканирование угловой диаграммы направленности в конусе с углом

40 . При этом. энергетические характеристики и форма угловых характеристик каждой секции были идентичны, а поток ионов регистрировался детектором только в ТоМ случае, если его направление в пределах угловой харак- теристики секции совпадало с направлением нормали к входу этой секции.

Формула изобретения

ЭлектростатичеСкий анализатор потоков заряженных частиц с электрическим сканированием угловой диаграммы направленности, состоящий из двух электродов тороидальной формы; одного сплошного, а другого секционированного, двух источников напряжения, коммутирующего устройства и детектора частиц, отличающийся тем, что, с целью измерения угловых распределений узконаправленных потоков заряженных частиц, электро ы со стороны прихода частиц срезаны так, что нормали к входу каждбй секции ориентированы в разных направлениях и лежат внутри заданного телесйого угла, определяемого угловым .разбросом частиц.

t б95 318

Составитель Г. Кулаков

Редактор Л. Павлова Техред A. Бабинец Корректор Г. Решетник

Заказ 3381/52 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113á35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4