Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов

,1566520 5 Н 6/00 Я ТЕ тиц. 11 е способа вания п 54)ОВ57) ПОСОБ ЛЯРИЗО Изобрете е и може из я и во (фиг а повер Изобрполучени одержит ди и 1 которо к методамванных час Устрои ектрик,ние относится учков поляриз ние электронов,ронной пушки уще с твляе тс я нак опнжектируемых из эле но при соэ т быть использ чников полярна ускорителей. зобретения явл оба и улучшени ия пучка поляр иц и мо анин ис анных элек онов дл ется упроусловийЦелью щение спо формирова поток 4 злучени о- азованн опления элек ов анных венно в йс точеского и с- ти ргетическвч кванто е ым ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ И К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(56) К 1 я 1 ег Е Ващп С. ег а 1. Е 1 есггоп Е 1 е 14 еш 1 яядоп йгош Ееггошаепегдс епгор 1 цш яп 1 ГЫе оп йищягеп, РЬуя. Кеч. В., 1978, 18,5, р,2256- 2275.Вайнрайт и др. Применение источника поляризованных электронов на основе эффекта Фано для исследования рассеивания электронов малых энергий на атомах, - Приборы для научных исследований. 1978, В 5, с. 1-121,ЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ПУЧННЫХ ЭЛЕКТРОНОВие относится к ядернойбыть использовано дляов поляризованных часектронов.На фиг, показана схема устр для реализации предлагаемого ба; на фиг,2 - схема энергет х уровней электрона на поверх электрика в магнитном поле,ь изобретения - упрощениеи улучшение условий формирочков поляризованных электро нов, Для этого осуществляют накопление электронов на поверхности диэлектрика, создание магнитного поля, направленного параллельно этой поверхности, и облучение участка, на котором накоплены электроны, электромагнитным излучением определенной длины волны, По достижении установившегося режима накачки действие магнитного поля прекращают и через интервал времени, не превышающий времяжизни электрона в возбужденном состоянии, перпендикулярно поверхности диэлектрика возбуждают электрическоеполе с определенной напряженностью.Приводятся выражения, согласно которым выбирают величину длину волныэлектромагнитного излучения и величину напряженности электрическогополя, 2 ил,а виде пучка 3.На фиг, обозначеныов электромагнитного иравляемый на область нронов, и лучок 5 полярронов, Е и Н - соответы напряженности электрагнитного полей.На фиг,2 показаны энуровни 1,2,п с глав, 35 энергия покоя электрона, Дж;классический радиус электрона, м;комптоновская линия волны где Я е(2) где Я - диэлектрическая постояннаядиэлектрика,При включении магнитного поля энергетические уровни расщепляются (эффект Зеемана): 50(3) где 11 " магнетон Бора, Дж/Тл;В - магнитная индукция, Тл,Если облучить поверхность 1 ди 55 электрика электромагнитным излучением 4 (фиг,1) с длиной волны Э, определяемой выражением числом 1,2п соответственно, апереход электрона с нижнего подуровня с главним квантовым числом 1 наверхний подуровень с главным квантовым числом и, б - переход электронас верхнего энергетического подуровня с главным квантовым числом 1 нанижний энергетический подуровень сглавным квантовым числом и, Короткимистрелками показано направление проекции спина электрона на направлени 6магнитного поля,Способ получения импульсных пучков поляризованных электронов осуществляется следующим образом,На плоскую поверхность 1 диэлектрика, расположенную в плоскости ху,помещают электроны, Это можно сделать,например, с помощью специальной вспомогательной электронной пушки 2, изЮкоторой на поверхность диэлектриканаправляют электронный пучок 3 с низкой энергией электронов, Количествоэлектронов (или их полный заряд) определяется необходимой величиной импульсного тока пучка, Затем в области их лолокализации создают магнитное поле,параллельное поверхности диэлектрика,Энергетические уровни электрона30на поверхности диэлектрика описываются следующим соотношением:1: = -- "-го Тел 1;,7 г2" г гено(1- 1) + 2 Э п 1 ф скорость света, и/с;постоянная Планка, Джс;соответственно энергия покоя, Дж, классический радиус, м и комптоновская длина волны, м, электрона;главное квантовое число где с Ь о фге 1 фби для энергетического уровня,на который переходит электрон,с. -1г4(Е+ 1) 1 ц - магнетон Бора, ДжТлВ - магнитная индукция, Тл,то для случая, соответствующего знаку "+" в выражении (4), происходитпереход электронов с нижнего подуровня с главным квантовым числом 1 наверхний подуровень с главным квантовым числом и (линия а на фиг,2), Наэтом уровне могут находиться электроны только с одним определенным направлением проекции спина на ось х,совпадающим с направлением магнитногополя.Тот же эффект имеет место при облучении поверхности диэлектрика излучением 4 с длиной волны, соответствующей знаку "-" в выражении (4), Тогда электроны переходят с верхнегоподуровня с главным квантовым числом1 на нижний подуровень с главным квантовым числом и (линия б на фиг,2), Врезультате они также поляризованные,но в противоположном направлении,Величина магнитного поля опреде"ляет расщепление уровней и, следовательно, длину волны электромагнитного излучения для перевода электроновс нижнего уровня на верхний, Поэтомувеличина магнитного поля зависит отширины полосы излучения источникаэлектромагнитного излучения, т,е, чемшире полоса излучения, тем большедолжна. быть величина магнитного поля,После достижения установившегосярежима накачки прекращают воздействиемагнитного поля и создают перпендикулярное поверхности диэлектрика электрическое поле Е (В/М) такой величины, чтобы оно, удаляя электроны свозбужденных уровней, было недостаточным для удаления электронов, нахогде е - заряд электрона, Кл.При наличии однородного электрического поля Е, нормального к поверхности диэлектрика 2 еюеюЕ 15 При какой напряженности электрического поля Еэлектрон с энергией Г (1) проходит над барьером. Эта напряженность электрического поля опреде ляется, очевидно, иэ условия е ЧрохПроводя вычисления, получают3 Ф 9о еГеи а (7)пф 25Поэтому, если выбрать напряженность электрического поля согласно неравенствул 4 г ъ 3 л 4,- Э 36 Со 2 ГеГ е Ге-Е - -ф;(8)Ъе пффф е то практически все электроны с возбужденных уровней н малая часть электронов с основного уроння удаляют с поверхности диэлектрика, Полученный в результате пучок 5 свободных электронов частично поляризован, Практически можно выбрать значение Е н пределах неравенства (8), при котором поляризация электронного пучка близка 40 к 100%. Это следует из того факта,Ео 1 что согласно (7) отношениеЕ, по Например, даже при выборе п=2 и Е, б.низком к Е, как показывает расчет, 45 прозрачность потенциального барьера для основного состояния составляет- 4 В1 О, т. е. вклад неполяризованных электронов из основного состояния (и=1) в результирующий пучок 5 поляризованных электронон практически равен нулю.Время жизни электрона в возбужденном состоянии имеет, как известно, конечную величину, После снятия магнитного поля происходят спонтанные переходы электронов в основное состояние, Поэтому отрезок времени между началом спада магниФного поля и устанонле 35 5 15665 дящихся в основном сосжянии, Определим требуемую для этого напряженность электрического поля, Потенциал поля изображения на поверхности диэлектрика(В) имеет видее, -1т ееще4 (+1)(5) 20 6нием электрического поля должен быть меньше времени жизни электрона в воэ" бужденном состоянии.Прекращение воздействия магнитного поля необходимо, так как при наличии магнитного поля, направленного вдоль поверхности диэлектрика, весьма затруднителен сбор электронов, удаляемых с поверхности диэлектрика электрическим полем из-за их сложной траектории в скрещенных электрическом и магнитном полях. Использование магнитного поля, перпендикулярного поверхности, не представляется возможным, так как н этом случае имеет место вырождение и образуются так называемые уровни Ландау, в которых уровень с главным числом и и определенным направлением спина электрона совпадает с уровнем с главным числом п+1 и противоположным направлением спина электронаВ результате проделанных операцииможет быть получен пучок электроновсо степенью поляризации, близкой к00%, током 0,5 А в импульсе длительностью 1 мкс,для заполнения поверхности диэлектрика электронами не обязательно использовать электронный пучок. Этогоможно достигнуть, например, электризацией трением, В качестве диэлектрика можно использовать любой твердыйдиэлектрик или даже поверхность жидко 1 о гелияТаким образом, обеспечивая получение по крайней мере не меньшей интенсивности и степени поляризацииэлектронного пучка, предлагаемый способ позволяет достигнуть этого болеепростыми средствами, При предлагаемом способе нет необходимости использовать атомные пучки щелочных металлов, из-за химической активности которых возникают серьезные трудности приполучении и удержании газа таких атомов достаточной плотности. В качестве рабочего вещества используютсяэлектроны, нанесенные на поверхностьтвердого диэлектрика, при работе скоторым не возникают указанные трудности. Кроме того, электрическое поле, вырывающее электроны с поверхности диэлектрика, может быть одновременно использовано для формирования пучка поляризованных электронов, В прототипе же для этой цели необходимо использовать дополнительные устройства, 1566520так как удаление поляризованных электронов из атомов производится другими методами. Таким образом, применение предлагаемого способа облегчает усло 5 вия формирования пучка поляризованных электронов,формула изобретенияСпособ получения импульсных пучков поляризованных электронов путем воздействия на вещество электромагнитным излучением с параметрами, обеспечивающими переход электрона в состояние с определенной поляризацией, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения способа и улучшения условий формирования пучка поляризованных электронов, на поверхности диэлектрика накапливают электроны, затем в области их локализации создают магнитное поле, параллельное поверхности диэлектрика, при этом длину волны Ъ электромагнитного излучения, воздействующего на эту область поверхности диэлектрика, выбирают согласно вы ражению где с - скорость света, м/с;Ь - постоянная Планка, Джс; Яо, ге,- соответственно энергия по"коя, Дж, классический радиус (м) и комптоновгкаядлина волны, м, электрона;и - главное квантовое числодля энергетического уровня, на который переходитэлектрон;Е 7.(+1) (где Я - диэлектрическая постоянная диэлектрика);- магнетон Бора, Дж/Тл;В - магнитная индукция, Тл, а по достижению установившегося режима воздействие магнитного поля прекращают и через интервал времени, не превышающий время жизни электрона на возбужденном уровне, перпендикулярно поверхности диэлектрика возбуждают электрическое поле с напряженностью Е, В/м, удовлетворяющей условиюс 4 5 Э лФ Э зГог гео г гео0 иф е 1С сгде е - заряд электрона.Тираж 660 Подписи енного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, О 1 Заказ 1230ВНИИПИ Государс Фиг