научная статья по теме ВЫРАВНИВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР – ВТОРИЧНО-ЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ Физика

Текст научной статьи на тему «ВЫРАВНИВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР – ВТОРИЧНО-ЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ»

ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2014, № 3, с. 84-86

ОБЩАЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ТЕХНИКА

УДК 621.384.8

ВЫРАВНИВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР - ВТОРИЧНО-ЭЛЕКТРОННЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ

© 2014 г. З. К. Нурубейли, К. З. Нуриев, К. Б. Гурбанов, Ш. Ш. Алекберов,

Г. M. Керимов*, Т. К. Нурубейли

Институт физики НАНАзербайджана Азербайджан, AZ-1143, Баку E-mail: nurubeyli@physics.ab.az *Bitlis Eren University Turkey, Husrevpasha Mah.213, Sok. Sosyal Konutlar PK: 13000 E-mail: gkerimli@beu.edu.tr Поступила в редакцию 15.08.2013 г.

Разработана электрическая схема подачи на управляющую сетку, установленную на входе детектора вторично-электронного умножителя, напряжения, определяемого напряжением на электродах энергоанализатора. Таким способом и при равенстве коэффициентов анализатора и делителя пилообразного напряжения, питающего энергоанализатор, обеспечивается постоянство энергии частиц на входе детектора и тем самым сохраняется неизменным коэффициент передачи тракта во всем диапазоне энергий анализируемых частиц.

БО1: 10.7868/80032816214020293

Экспериментальные исследования релаксации электронного пучка в плазме показали, что первоначально монокинетическая функция распределения пучка приобретает в конечном счете вид "плато", простирающегося от нуля до энергий, несколько превышающих первоначальную энергию электронов пучка [1, 2]. В этих работах функция распределения пучка измерялась методом тормозящего поля, обладающим сравнительно низкой разрешающей способностью.

Для анализа энергетического спектра заряженных частиц (электронов, ионов) используются энергоанализаторы. Принцип действия этих приборов основан на взаимодействии заряженных частиц с отклоняющими их электрическими полями. Главным элементом анализаторов отклоняющего типа являются аксиально-симметричные электроды. При приложенном к электродам линейно-изменяющемся во времени напряжении иа через анализатор проходят только заряженные частицы, обладающие энергией 1/^кин = qUa/ka. Здесь ка — коэффициент цилиндрического анализатора, q — заряд частицы, иа — напряжение между обкладками цилиндрического конденсатора. При этом ка определяется из равенства сил, действующих на заряженную частицу, движущуюся по средней траектории:

К = ^ < 1.

(1)

mv

!Ао = qE,

и равен

Здесь т, V — соответственно масса и скорость частиц в аксиально-симметричном поле; г0 = 130 мм — радиус средней траектории частиц; г1 = 103.5 мм и г2 = 156.5 мм — радиусы внутреннего и внешнего цилиндров соответственно; d = г2 — г1 = 53 мм — расстояние между цилиндрами; Е — напряженность поля между цилиндрами. Изменяя иа, можно получить полный энергетический спектр частиц.

Несмотря на высокие технические показатели таких анализаторов (высокие светосила и чувствительность, хорошая разрешающая способность), в ряде случаев (когда необходимо измерение спектра в широком энергетическом диапазоне) измеренный энергетический спектр не соответствует истинному. Это связано с тем, что у детекторов электронов и ионов, таких как вторично-электронный умножитель (в.э.у.) или микроканальные пластины (м.к.п.), сигнал на выходе зависит от энергии падающих на них частиц [3, 4]. В большинстве случаев эта зависимость носит нелинейный характер (рис. 1), что приводит к значительной потере информации о частицах с малой энергией, т.е. малоинтенсивные частицы с большей энергией на выходе детектора дают аналитический сигнал, больший, чем высокоинтенсивные частицы с малой энергией.

В данной работе показана возможность повышения эффективности регистрации энергетиче-

о

ВЫРАВНИВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ СИСТЕМЫ

85

108 107 106 105

0

200 400 600 800 1000 1200

Ж, эВ

Рис. 1. Зависимость коэффициента усиления МВЭУ-6 (1) и ВЭУ-7 (2) от энергии Wпервичных электронов.

ского спектра заряженных частиц в цилиндрическом анализаторе во всем диапазоне их энергий.

Электрическая схема такого энергоанализатора представлена на рис. 2. Схема содержит аксиально-симметричный энергетический анализатор 1, сетку 2 и в.э.у. 3, расположенные на выходе анализатора. Питание анализатора осуществляется генератором пилообразного напряжения 4 через делитель 5 с коэффициентом деления кд = = и1/и2 = Я\/Я2 < 1, где Ц и и2 — падения напряжений на сопротивлениях Я{ и Я2 делителя пилообразного напряжения. Ц подается на отклоняющие электроды анализатора, а и2 — на базу транзистора Т. Полученное на выходе транзистора

напряжение и0 — и2, где и0 — постоянное напряжение источника питания 6, прикладывается между сеткой 2 и входом в.э.у. 3. При этом коэффициент деления делителя кд выбран равным коэффициенту анализатора ка, который определяется отношением энергии, соответствующей напряжению д(Ц), подаваемому на отклоняющие электроды энергоанализатора, к кинетической энергии Wкин заряженных частиц, прошедших через анализатор:

ка = ^Ц^кин.

Таким образом, энергия заряженных частиц Wвх, прошедших расстояние между сеткой 2 и входом в.э.у., будет определяться их кинетической энергией Wкин = д&1/ка и потенциалом и0 — и2, приложенным между сеткой и входом в.э.у.:

^вх = д^/к, + я(и0 - и2) = д{и1/ка + ио - и2). Если учесть, что Ц2 = Ц\/кю то Wвх = д(их/ка + и0 —

- ^1/кд).

При ка = кд энергия заряженных частиц будет определяться как Wвх = дЦ0. Это означает, что во всем диапазоне изменения напряжения на энергоанализаторе частицы на входе в.э.у. будут иметь одинаковую энергию. Следовательно, предлагаемая схема выравнивания энергий частиц на входе в.э.у. будет обеспечивать постоянство коэффициента усиления М или, другими словами, на кривой зависимости М(^) будет только одна рабочая точка Мр, соответствующая и0 (см. рис. 1).

Переключатели К и К2 служат для перемены направления электрического поля в энергоанали-

Рис. 2. Электрическая схема энергоанализатора. 1 — аксиально-симметричный энергетический анализатор, 2 — сетка, 3 — в.э.у., 4 — генератор пилообразного напряжения, 5 — делитель, 6 — источник питания; Т — транзистор IRFPG 40, 1кВ, 1.4 А.

86

НУРУБЕЙЛИ и др.

Рис. 3. Осциллограммы энергетического спектра электронов: а — до взаимодействия с плазмой; б — после взаимодействия с плазмой; в — после взаимодействия при включенной предложенной схеме энергоанализатора.

заторе и между сеткой 2 и входом в.э.у. при изменении знака заряда исследуемых частиц. Исходя из возможной максимальной энергии и вида иссле-

дуемых заряженных частиц величина и знак и0 выбираются такими, чтобы обеспечить максимальную эффективность регистрации во всем диапазоне их энергий.

Предлагаемая схема может быть использована в любом энергетическом анализаторе, в котором сепарация заряженных частиц происходит линейно изменяющимся (пилообразным) напряжением (анализатор типа цилиндрического и сферического детектора, плоское и цилиндрическое зеркало). Коэффициент ка таких анализаторов определяется их геометрией (1). Предложенная электрическая схема была испытана при исследовании энергетического спектра электронного пучка, провзаимодействовавшего с созданной им плазмой, при прохождении через газовую среду с давлением 3 • 10-2 Па.

На рис. 3 представлены осциллограммы энергетического спектра электронного пучка до (рис. 3а) и после (рис. 3б, 3в) взаимодействия с плазмой. Согласно рисункам, монокинетический электронный пучок, созданный пушкой с первеансом 10-8 А/В3/2 [5], в спектре представлен одним узким пиком с некоторым разбросом (Ж = 0.1 Ж0). При этом энергия электронов составила 550 эВ. После взаимодействия энергетический спектр приобретает вид монотонно возрастающей функции (рис. 3б). Спектр на рис. 3в снят при тех же условиях, что и на рис. 3б, но при включенной предложенной схеме энергоанализатора. Видно, что спектр релаксированного пучка представляет собой "плато", простирающееся до энергий, превышающих начальную.

Таким образом, путем выравнивания коэффициентов цилиндрического анализатора и делителя пилообразного напряжения, питающего анализатор, удается повысить эффективность в.э.у. во всем диапазоне энергий исследуемых заряженных частиц.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Левитский СМ, Шашурин И.П. // ЖЭТФ. 1971. Т. 61. Вып. 1(7). С. 100.

2. Габович М.Д., Пасечник Л.Л. // УФЖ. 1973. Т. 18. С. 1893.

3. Бурлаков В.А., ИофисН.А., СиприковИ.В. // Сб. Электронная промышленность. 1980. Вып. 1(85). С. 19.

4. Айндбунд Н.Р., Поленов Б.В. Вторично-электронные умножители М.: Энергоиздат, 1981.

5. Гашимов А.М., Нуриев К.З., Гурбанов К.Б., Нурубей-ли К.З., Нурубейли Т.К. // ЖТФ. 2007. Т. 77. Вып. 11. С. 123.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Физика»