Способ определения спектра импульсного электронного потока

СОЮЗ СОВЕТСНИКСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН О 1 Т 1/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ 1ПРИ ГННТ СССР МИТЕТТНРЫТИЯ КЯцЛД,ф аЩЯЯЙБАР РуЕ 1 юл Ф 27 Д,Селе иц 8,8) др. Современныей спектроскопии,с. 7-29,др, Измерение паяяеццых частиц.с. 73-76,оццо 1978 О(57) Изобретопределениятронного потявляется пов СЮ (.Ь АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 23,07,92.Ь (21) 4706536/25 (22) 16.06.89 (72) Н.В,ицашк и Н,В,Степанов (53) 621.387.42 (56) Козлов И,Г проблемы электр 1,ф Лтомиздат,Москалев Г.Л раметров пучков М, Лтомиздат,ОПРЕЛО 1,".1,И СП,КТРЛ ИМ"ГКТРО 1 ОГО 1 ОТОКЛение относится к способуспектра импульсного элекока. Целью изобретенияьнпсцие помехоустойчнвосИзобретение отцоситсл к области спектрометрии ионизирующих излучеций, в частности, к спектрометрии заряженных частиц, и предназначено для использовация при исследованиях спектра интенсивных импульсных электронных потоков в условиях сильных электромагнитных помех.Известно больюое количество спосо- . бов определения сгектра различных электронных потоков. Недостатком болыпинства этих способов является то, что они це могут обеспечить регистрацию распределения электронов по энергиям во всем спектре после одного импульса электронного потока.Наиболее близким по технической сущности является способ определения ти измерений путем увеличения мощности полезного сигнала эа счет унеличения тока электронного пучка, достигающего регистратора. Способ включает фокусирование исследуемого электронного потока продольным магнитнымполем соленоида, Формирование электронцого пучка коллиматором, диспергировацие пучка по энергиям с помощьютороидяльного магнитного поля сектор тороида н регистрацию прострац"ственцого распределения плотности тока в диспергироваццом пучке регистратором. Направление оси коллиматора обеспечивает ввод электронного пучка в дцспергирующее тороидальноемагнитное ноле вдоль его силовых линий.спектра импульсного электронного потока, реализованный и спектрометрахс однородным поиеречньпч магнитнымполем. Суть этого способа заключается в том, что исследуемый электронньй поток коллик;руют, сформированный таким образом электронный пучокдиспергируют по энергиям с помощьюмагнитного полл, поспе чего регистрируют пространственное распределениеплотности тока в дцспергироваццомпучке, При этом поток перед коллимировацием экраннруют от внешних магнитных полей, в том числе и от диспергирующего магнитного поля, а в.качестве диспергирующего используют однородное поперечное магнитное поле.Недостатком прототипа я)1 яетс сильное ограничение тока пучка, достига"к)щего регистратора, что определяетмалую мощность полезного сигнала,снимаемого с регистратора ц, следовательно, низкую помехоустойчцвотьизмерений, Экранцропка потока передколлцмцровацием исключает возможностьего Фокусирования, поэтому под действием кулоновских сцл расталкиванияпоток расходится, плотность тока вцем падает, что и о)граничцвает величину тока пучка, Формируемого коллиматором и вводимого в область диспергирующего магнитного поля. Использование в качестве дцспергцрующегооднородного поперечного магнитногополя определяет расхождение пучка поддействием кулоцовских сц расталкивания в направлении вдоль силовых линийполя, так как фокусировка электроновв этом направлении в таком поле отсутствует. Поскольку размеры регистратора в этом направлении ограниче- д 5ны, то и величина тока пучка, достигающего регистратор,а, будет ограничена.В реальных спектрометрах, реализующих способ-прототип, ток пучка,достигающего регистратора, не превышает единиц ампер, что определяет малую мощность полезного сигнала и це.позволяет использовать такие спектрометры в условиях сильных электромагнитных помех ввиду низкой помехоустойчивости измерений,Целью изобретения является повышение помехоустойчивости измерен)гй путем увеличения мощности полезногосигнала за счет увеличения тока элек 40тронного пучка, достигающего регистратора.Укаэанная цель достигается тем,что в способе определения спектраимпульсного электронного потока,включающем коллимировдние электронного потока, диспергировацие сформированного ком)цматорои электронногопучка по энергиям с помощью магнитного поля и регистрацио пространст 50венного распределения плотноститока в диспергировацном пучке, электронный поток перед коллимированиемФокусируют, в качестве диспергирующего используют тороидальное магнит 55ное пояе причем ввод пучка в этоиоле олуществляют вдоль его силовыхлиний Фокусц)с)е)ацце электронноо )Окаперед коллцмироваццем позволяет ослабить (цлц цскхВф)цть) расхождениепотока цод дей)ствием кулононскцх сцлрасталкивания, тем сам увеличивается плотность тока (цо сравнению сослучаем отсутствия фокусировки) и,следонательцо, возрастает ток пучка,Формируемого коллиматором и вводимого в область Диспергцрующего магнит"ного поляИспользование в качестве дцспергирующего тороидальцого магццтцого ионля при условии, что электронный пучоквводят в него вдоль его силовым линий, обеспечивает для движут)хся вцем моцоэцергетнчных электронов двухмерную Фокусировку, что позволяетослабить (цлц исключить) расхождениепучка под действием кулоцовскцх снл.расталкивания в направлении, перпендикулярном направлению разделенияэлектронного пучка по энергиям. Этопозволяет увеличить ток пучка, достигающего регистратора,Таки) образом, сццмается жесткоеограничение ца величину тока пучка,достигающего регистратора: фокусирование потока перед коллцмироваццемобеспечивает возможность введения вдиспергцрующее магнитное иоле пучкас большим током, а Фокусцрующце своПства используемого в качестве дцспергирующего тороцдальцого магнитного поля обеспечивают достиженце этимпучком регистратора. В результатевозрастает (по сравнению с прототипом)мощность полезного сигнала, снимаемого с регистратора, ц за счет этогоувеличивается помехоустойчивость измерений.Известно использование в качестведисг)ергпрую)цего тороцдального магнитного поля (в электронном спектрометре Владимрского). Однако в данном.спектрометре ввод исследуемого элек"тронного потока осуществляют черезспециальные промежутки между виткамц электромагнита перпендикулярносиловым линиям магнитного поля, поэтому фокусирующие свойства тороидального магнитного поля, используемые в предлагаемом решении; здесьце проявляются.Известен модифицированный бетатрон, в котором ввод и движение электронов происходит в тороидальцом магнитном поле вдоль его силовых линиИ.16816 Здесь тороид,п.дьььое магцитььое иоле используют с дделью фокусировки лдоноэььергетического пучка электронов, однако дьдсььергируюдьдее сводйство этого поляф 5 ца котором осцбцацо его использова" ние в ьдредлагаемоль Реьпецци, отрицательно влияет ца работу модифицированного бетатроца и подавляется с. помощью специальдьых мер, 10На чертеже схематически изображен спектрометр, с помощью которого реализуется способ.Спектрометр состоит иэ соленоида1, коллиматора 2, сектора тороида 3 15 и регистратора 4.Способ реализуется следующим образом.Исследуельлди электронный поток вводится по оси соленоида 1, продоль цое магнитное поле которого фокусирует поток перед коллимированием. Диспергирующее тороидальцое магнитное поле создается сектором тороида 3 (тороид представляет собой провод, 25 навитльй на каркас, илдеющий Форму тока). Осд коллиматора 2 являетсяка" сательцой к силовым линиям поля сектора тороида 3, тем самым ввод сфор" мироваццого коллиматором электронно" 30 го пучка происходит вдоль силовых линий диспергирующего тороидального магнитного полл. Гагьдитдьое поле рассеяния на входе в сектор тороида пренебрежимо ььало, так как средние величины напряженностей магнитного поля а выходе соленоида и на входе тороида совпадают, что легко может быть обеспечено в реальном устройстве.При движении пучка в тороидальном щ магнитном поле происходит разделение электронов с различными энергиями эа счет зависимости суммарной скорости центробежного. и градиентного дрейфа электронов от их энергии, Направление скорости дрейфа перпендикулярно медиацноц плоскости сектора тороида. Диспергировацный таким образом пучок попадает ца регистратор, который может представлять из себя, в частности, секциоцировацный коллектор. Регистратор размещен внутри сектора тороида, чтобы исключить влияние рассеянного магнитного поля на выходе сектоРа тороида на движение электронов.Для представленной ца чертеже схемы конструкции электрометра на ЭВМ бьдпо рассчитано пространственное рас 8бпределение магнитного поля, ьь котором также с пом ".Чью ЭВМ были рассчитацль траектории движеььия электронов с различными энергиями для потоков с различными плотностями тока. Резуллтаты ььроведеьдьдльх расчетов, и также экспе" рцмсцты показывают, что при обе,дддечециц такой же раэредаяющей способности, что и и лучдпььх спектрометрах, реализующих способ-прототип (2,5 Я при определении граничной энергии и ОХ при измерении неддрерывцого спеьдтрд), ток пучка, достдьгаьоьдего регистратора, может быть увеличен до десятков (до сотни) ампер, что в 10-50 раз больдьде аналогичного показателя способа-нрототипа. Тем самым обеспечивается соответствующее увеличение мощности полезного сигнала, снимаемого с регистратора, и, следовательно, повлдшается помехоустойчивость измерений,Хотя спектрометр, реализующийспособ, будет, скорес всего, превосходить прототип по габаритам,.а также потребует высоковольтного блока питания для запитки обмотки электромагнита, благодаря обеспечиваемой этим способом ьдовыпьецной помехоустойчдьдьости и ьмсреций может быть значительно расширена сфера применения магнитных электронных сгектрометров, характеризующихся плдсокодд рдэрепьающей способностью, поскольку этот способ ььозьдоляет снизить требоддания к уровню помех в зкспсримецтах с интенсивными импульсными электронными потоками. Тем салым будет повышена точность измерения спектра электронов в таких весьма актуальных экспериментах.Формула и э о б р е т е и и яСпособ определения спектра импульсного электроьдьього потока, включающий коллимирование электронного потока, диспергирование сформированного коллиматором электронного пучка по энергиям с помощью магнитного по" ля и регистрацию пространственного распределения плотности тока в диспергированном пучке, . о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости измерений, путем увеличения мощности полезного сигнала за счет увеличения тока электронного пучка, достигающего регистра,/.,Корректор И,Самборска Ре р Н.Кол Закаэ 2826.ВНИИПИ Госуд Т П Т ССС нного комитета по иэобретениям и открытиям 3035, Москва, 3-35 Рауаская наб., д. 4/5 иэводственно-иэдательский комбинат патент"г.уаород, ул. Гагарина,.1 1681658вФора, эЛектронный поток перед кол- ное магнитное поле, причем ввод пучкалимированием Фокусируее, в качестве . в это поле осуществляют вдоль егодиспергирующего испольэувт тороидаль- силовых линий.1