Способ спектрометрии

ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ нк ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР Р 458718, кл, С 01 Л 3/28, 1973.Авторское свидетельство СССР У 784467, кл, С 01 Л 3/28, 1980. (54) СПОСОБ СПЕКТРОМЕТРИИ (57) Изобретение относится к оптическому спектральному анализу. Целью является повышение точности измерения спектральной интенсивности и расширение динамического диапазона измерений. Через рабочий газ пропускают анализируемое излучение, прикладывают магнитное поле с составляющей, перпендикулярной направлению распространения излучения. Образующееся электростатическое поле задерживает фотоэлектроны. По зависимости тока фотоэлектронов от величины задерживающего потенциала судят о спектральной интенсивности каждой из составляющих в анализируемом излучении. Электрический потенциал прикладывается к системе двух секций параллельных пар электронных зеркал, содержащих задерживающие и экранирующие электроды. На электронные зеркала первой и второй секции подают регулируемые потенциалы П, П = (+)П и П(1+)Ц, П = (1+2)П, соответственно, где- постоянная, характеризующая относительную разрешающую способность. Определяют зависимость разности токов фотоэлектронов в каждой секции от величины наименьшего задерживающего потенциала П, Спектральную интенсивность излучения определяют как величину, пропорциональную разности полученных зависимостей для обеих секций. 3 ил.Изобретение относится к оптическому спектральному анализу и можетбыть использовано при создании спектрометров для исследования различныхисточников, излучающих в вакуумнойультрафиолетовой области спектра.Целью изобретения является повышение точности измерений спектральной интенсивности и расширение динамического диапазона измерений,На фиг. 1 представлена схема,поясняющая принцип осуществления способа спектрометрии, на фиг 2 - график зависимости сигнала на выходе одной из двух секций электронных зеркал от наименьшего из задерживающихпотенциалов Б при регистрации отдельной спектральной линии; на фиг.Зграфик зависимости сигнала на выходедвух секций электронных зеркал отнаименьшего из задерживающих потенциалов Б при регистрации отдельнойспектральной линии,Порядок осуществления предлагаемого способа заключается в следующем.Анализируемое излучение пропускают через рабочий газ, находящийсявнутри двух секций параллельных парэлектронных зеркал, к которому приложено магнитное поле Н с составляющей, перпендикулярной направлениюраспространения излучения.К системе двух секций 1, 11 прикладывают регулируемые потенциалы,Каждая секция состоит из пары электронных зеркал 1 и 2 и 3 и 4 расположенных взаимно параллельно. При этомна задерживающие электроды 1 а, 2 аэлектронных зеркал секции 1 подаютрегулируемые потенциалы Б и П=(1 +)Б соответственно, гдевеличина, равная относительной разрешающей способности, ее значениевыбирается из конкретно поставленнойзадачи,На задерживающие электроды За,4 асекции 11 подают регулируемые потенциалы П=(1+)У и 04=(1+2)13 . Наэкранирующие электроды 16-4 б всехэлектронных зеркал подают нулевойпотенциал,В результате ионизации атомов Арабочего газа под действием анализируемого излучения образуются электроны Э, Энергия электронов Е связна с энергией квантов ЬМ исследуемого излучения, как Е =, Ь М - Е(3) дх = 40 О, при ЕП ст 1 - у-, приБЕ (4) Ц Е дх45 Зависимость д 1 иа 1;, от У при ведена на фиг. 2,Таким образом, при регистрации линейчатого спектра сигнал на выходе секции параллельной пары электронных зеркал представляет собой суперпозо= цию "ступенек" с резко растущим передним фронтом и медленно спадающим задним фронтом, Каждая из ступенек обусловлена определенной энергетической группой фотоэлектронов. Начагде Е - энергия связи электрона вавтоме рабочего газа. Группу электронов с энергией Е, образующихся при5ионизации атомов рабочего газа монохроматическим излучением, будем называть электронной линией с энергией Е,Под действием магнитного поля Н10 электроны диффундируют по направлению к электронным зеркалам.Электроны Э, для которых выполГеЦняется соотношение( агссозЕ15Ф(где ( - угол между вектором Ч скорости электрона и направлением магнитного поля Н, е - заряд электрона,Б - потенциал одного из задерживающих электродов электронных зеркал),20 проходят через соответствующее электронное зеркало. Электроны, прошедшие через электронные зеркала, детектируют с помощью детекторов 5-8,установленных за электронными зер 25 калами.Разность 61 сигналов, формируемыхдетекторами 5 и 6 секции 1 и детекторами 7 и 8 секции 11, составит, соответственно3054041 з13 ло ступеньки характеризует энергию Е этой группы, т.е, частоту соответствующей ей спектральной линии исследуемого излучения, а ее высота Д 1иас в конце участка роста, соответствуюЕщего Б = - связана с интенсив 1+уностью этой спектральной линии соот- ношением Таким образом, предлагаемый способ регистрации спектральной интенсивности изменяет форму сигнала, превращая ступенчатые области роста 4 1 в соответствующие линии, ширина которых определяется величиной , Таким образом появляется возможчость изменяя величинуоптимальным образом подбирать10 разрешение и чувствительность исходяд 1 макс с 1 . (5)максЕслис(1, 41. = с 1(б)Сигнал, регистрируемый на выходе двух секций параллельных пар электронных зеркал, является раЗностьюх ф(7) д 1 = д 1 -д 1 ЙСледовательно, проведение сигнала в окрестности линии с энергией Е(еЦ описывается выражением д 1=с 1 дх,где зависимость дх от 1(ется выражением определяО, при Е Б 1 - Ф- приЗависимость сигнала а 1 от ПЕ показана на фиг,З, При - 4 У 6 Е наблюдается линейный рост А 1 до вес1личины , далее в пределах - с Б сигнал падает до нуля, Таким образом, отдельные энергетические группы электронов проявляются в сигнале в виде отдельных пиковвысота котОРых 4 1 мас соот ветствует значению а 1 приЕ1+Она связана с интенсивностью спектральной линии соотношениемиз поставленной задачи. Например,при исследовании спектра Солнца в области 50-100 нм, в которой имеется около 10 интенсивных линий излучения, величинуможно выбрать равной 0,02,15 Кроме того, при предлагаемом способе значительно уменьшаются шумы,связанные с флуктуациями интенсивтности излучения источника, так какпри регистрации линий с меньшимиэнергиями линии с большими энергиями практически не дают вклада в сигнал и, следовательно, в шум.Уменьшаются также шумы, связанные с внешними наводками, что особенно существенно при регистрациислабых сигналов, так как для первого и второго электронного зеркалакаждой секции такого рода шумы но- .сят коррелированный характер, и врегистрируемом сигнале их вклады вычитаются,45 50 55 что обеспечит. относительное разрешение 27 В качестве рабочего газаудобно выбрать ксенон, наложить магнитное поле напряженностью ЗОО Э, В 20 этом случае задерживающий потенциалБ,( будет изменяться в пределах от0,2 В до 12,5 ВПри этом все интенсивные линии будут разрешены, причемсистема регистрации будет регистриро вать не суммарный сигнал от всех линий, а сигнал От каждой линии в отдельности.Так как окончательно усиливаютсялишь уже предварительно выделенные З 0 разностные сигналы, то использованиепредлагаемого способа существеннорасширяет динамический диапазон измерений по сравнению с известным.Если в известном способе необходимо, чтобы суммарный сигнал всехрегистрируемых спектральных линийукладывался, в динамический диапазонсистемы регистрации, то в предлагаемом способе достаточно, чтобы в ди намический диапазон укладывался лишьсигнал отдельной линии,(Технико-экономическая эффектив" ность предлагаемого способа по сравнению с известным состоит в повышении точности измерений интенсивности и анализируемого измерения, что рас-ширяет диапазон его использования для решения задач абсолютной фотометрии.Кроме того, значительно увеличи вается динамический диапазон измерений. Например, при исследовании солнечного спектра в области 100-50 нм динамический диапазон увеличивается в 5-10 раз. Это позволяет испольэо вать предлагаемый способ в объектах космической техники, например, для патрулирования излучения Солнца,также для излучения синхротронного излу- . чения. 20 формула изобретения Способ спектрометрии, заключающийся в пропускании анализируемого излучения через рабочий газ, приложении магнитного поля с составляющей, перпендикулярной направлению распространения Излучения, образовании электростатического поля, задерживающего фотоэлектроны, подачей регулируемого отрицательного потенциала на задерживающие электроды пары электронных зеркал, детектировании тока фотоэлектронов и регистрации зависимости этого тока от величины задерживающего потенциала, покоторой судят о спектральной интенсивности каждой из составляющих ванализируемом излучении, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерений спектральной интенсивности и расширениядинамического диапазона измерений,электрический потенциал прикладываютк системе двух секций параллельныхпар электронных зеркал, содержащихзадерживающие и экранирующие электроды, причем на электронные зеркалапервой и второй секции подают регулируемые потенциалы Б,Б=(1+ )Би 11 з =(1+)Б, Б =(1+2)Ц соответственно,(где- величина, характеризующая относительную разрешающуюспособность), определяют зависимостьразности токов фотоэлектронов в каждой секции от величины наименьшегозадерживающего потенциала 11,а спектральную интенсивность излучения определяют как величину, пропорциональ"ную разности полученных зависимостейдля обеих секций,1354041 РА С 1+г Составитель Б.Широкоактор А.Шандор Техред Л.Сердюкова ректор А Тяско аказ 5684/36ВНИИ о5,город,Производственно-полиграфическое предприяти роектна Ьс 1 ф Тираж 776 Государстве лам изобрет осква, ЖЕ7 фЯ 1 Подписноного комитета СССРний и открытийРаушская наб., д. 4