Способ измерения интенсивности нейтральной компоненты смещанного пучка

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ НЕЙТРАЛЬНОЙ КОМПОНЕНТЫ СМЕШАННОГО ПУЧКА, включающий в себя разделение компонент исходного пучка по зарядам в отклоняющем поле, измерение тока вторичной эмиссииi вызываемой нейтралами, преобразование исходного пучка путем перезарядки на мишени, разделение компонент преобразованного пучка, измерение абсолютного тока каждой из заряженных компо-. нент и вторично-эмиссионного тока нейтралов преобразованного пучка, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерения, допол-. нительно измеряют вторично-эмиссионный и абсолютный токи каждой из заряженных компонент исходного пучка, a толщину перезарядной мишени измеряют до тех пор, пока не будет выполнено условие - / b -1-. ,t(c% ianj. ir вэ e где Ig,,, lo.np вторично-эмиссионные токи,, вызьтаемыс нейтралами исходного и преобразованного пучков соответственно; .89 полный вторично . эмиссионный ток исходного пучка, равный cjTMMe абсолютных значений вторичноэмиссионных токов всех компонент исходного пучка; a - требуемая относительная точность из (Л мерения потока нейтральной компоненты; b - относительная точность измерения токов , a затем определяют величину интенсивности нейтральной компоненты пучка 1о из выражения о.исх|,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИК (gg 4 Н 05 Н 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (r "1 1

1 еэ где 1 „,„, а затем о сивности пучка Х0

69 к к

,„,„г („,„-з„, I/ „

5 э еэ о;ор аисх к к - нсх > 1ер — абсолютные токи k-й компоненты исходного и преобразованного пучков;

- зарядное число k-й компоненты пучка; — количество заряженных компонент s преобразованном пучке.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3543442/.18-21 (22) 13. 01. 83 (46) 07.09.86. Бюл. 1Р 33 (71) Институт химической кинетики и горения CO AH СССР (72) В.И.Баткин, В.Н.Гетманов и О.Я.Савченко (53) 621.384.6(088.8), (56) Chambers E.S. "Secondary Electron pieced on copper BeriEEium".

Phus, Rev, 133, 4 А, р.1204, 1964.

Савченко О.Я. Вторичная электронная эмиссия, вызываемая атомами и разнозарядными ионами водорода препринт ИЯФ СО АН СССР, Новосибирск, 1967. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВ НОСТИ НЕЙТРАЛЬНОЙ КОМПОНЕНТЫ СМЕШАННОГО ПУЧКА, включающий в себя разделение компонент исходного пучка по зарядам в отклоняющем поле, измерение тока вторичной эмиссии, вызываемой нейтралами, преобразование ис. ходного пучка путем перезарядки на мишени, разделение компонент преобра. зованного пучка, измерение абсолютно. го тока каждой из заряженных компо-. нент и вторично-эмиссионного тока нейтралов преобразованного пучка, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерения, дополнительно измеряют вторично-эмиссионный и абсолютный токи каждой из

Ф заряженных компонент исходного пучка, а толщину перезарядкой мишени измеряют до тех пор, пока не будет выполнено условие еэ вэ

Ао всУ î,РР / f2 у еэ а

„.SU„„1102479 A.еэ

Х „ — вторично-эмиссионные токи,,вызываемые нейтралами исходного и преобразованного пучков соответственно; — полный вторичноэмиссионный ток исходного пучка, равный сумме абсолютных значений вторичноэмиссионных токов всех компонент исходного пучка, а — требуемая относительная точность из. мерения потока нейт-: ральной .компоненты, b — относительная точность измерения токов, пределяют величину интеннейтральной компоненты из выражения

1102479

Изобретение относится к области ускорительной техники и может быть использован6 при диагностике пучка ускоренных тяжелых частиц с использо. ванием перезарядки в нейтралы, в . 5 экспериментах по физике плазмы с использованием потоков нейтральных атомов, при изучении вторично-эмиссионных (ВЭ) свойств поверхностей.

Известен способ измерения интенсивности нейтральной компоненты пучка, в котором многокомпонентный пучок ускоренных частиц с энергией (l0 .— 40)j кзВ, содержащий нейтральо + ные атомы водорода Н и ионы Н

Э

Н, разделяют на компоненты отклоняющим электрическим полем, поток нейтралов измеряют калориметрическим датчиком. Используя данный способ, необходимо учитывать отвод тепла в, окружающее пространство, что осложняет интерпретацию получаемых результатов. Инерционность калориметрических измерений приводит к тому, что способ можно применять только при низкой частоте посылок.

Наиболее близким к изобретению техтехническим решением является способ измерения интенсивности нейтральной компоненты смешанного пучка, включаю- ЗО щий разделение компонент исходного пучка по зарядам в отклоняющем поле, измерение тока вторичной эмиссии, вызываемой нейтралами, преобразование исходного пучка путем перезарядки 35 на мишени до равновесного состояния, измерение абсолютного тока каждой из заряженных компонент и вторичноэмиссионного потока нейтралов преобразованного пучка.

В этом случае отпадает необходимость измерения потока нейтралов, поскольку при зарядовом .равновесии соотношение .между числом нейтральных и заряженных частиц в пучке 45 известно. Поэтому поток нейтралов

Х определяют из соотношения Х, = а

46 Cl

Ы 2,, где Х+ — абсолютный ток протойов равновесного пучка; м равновесное соотношение компонент 50 в пучке, привлекаемое из других экспериментов. е

Недостатком этого способа является то, что его можно испольэовать только в той области энергий и для 55 таких сочетаний пучок-мишень, для которых известны равновесные доли зарядов,. что резко ограничивает область применения способа, так как существующая на этот счет информация носит отрывочный характер. Кроме того, для достижения зарядового равновесия необходимо иметь мишени, сложность создания которых известна. Толщину мишени необходимо измерять, что также осложняет работу.

Целью изобретения является упрощение измерения интенсивности нейтральной компоненты.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения интенсивности нейтральной компоненты смешанного пучка, вклю- ° чающем в себя разделение компонент исходного пучка по зарядам в отклоняющем поле, измерение тока вторичной эмиссии, вызываемой нейтралами, преобразование исходного пучка путем перезарядки на мишени, измерение абсолютного тока каждой из заряженных компонент и вторично-эмиссионного тока нейтралов преобразованного пучка, дополнительно измеряют вторично-эмиссионный и абсолютный токи каждой из заряженных компонент исходного пучка, а толщину перезарядной мишени изменяют до тех пор, пока будет выполнено условие ьэ ьэ

/ о,иск а.ор / Г 1 Ь вЂ” =-- — — — — ) вэ

Ч з

-ю: 8э Ьэ

J o 8, ф Z() др вторично эмиссион ные токи, вызываемые нейтралами исходного и преобразованного пучков соответственно;

8Э

Х вЂ” полный вторичноэмиссионный ток исходного пучка, равный сумме абсолютных значений вторично-эмиссионных токов всех компонент исходного пучка; а — требуемая относительная то4ность измерения потока нейтральной компоненты

Ь вЂ” относительная точность измерения токов затем определяют величину интенсивности нейтральной компоненты пучка е

Х, из выражения

1102479

30

40 вз вэ в р о. идх, P-» >.,)/g, Из формулы (1} следует, что для 45 достижения относительной точности а: измерения 1т,е, 4f / f ñ а ) необходи" мо, чтобы было выполнено условие а и /п, + Г2 Ь/а, где п полное число частиц в пучке. Отсюда, учитывая, получим условие для преобразованного состояния пучка в виде вэ зъ а .а,,-,*,, 3 (2), а Z, 55

Таким образом, достижение необходимой степени перезарядки пучка контк к

5 где 1 „к,,„»,,2„„— абсолютные токи 1с-й компоненты исходного и преобразованного состояний пучка соответственно; — зарядное число k-й компоненты пучка;

N — количество заряженных компонент в преобразованном пуч. 15 ке.

На чертеже представлена схема установки, реализующей предложенный способ..

Установка состоит из пучка 1, 20 содержащего нейтральные атомы Н и разнозарядные ионы Н и Н, устройство 2 для перезарядки пучка, вынолненного в виде газовой мишени, уст-. ройства 3 для разделения компонент в 25 отклоняющем поле, регистрирующих датчиков 4 и анализирующей аппаратуры 5.

Возможность измерения таким способом следует из закона сохранения числа частиц при перезарядке 4 п к

4 П, ГДЕ4П, 4ПК вЂ” ИЗМЕНЕНИЕ

k--» количества нейтралов и частиц k-й компоненты в пучке соответственно. Учи- З

35 тывая, что коэффициент вторичной змие g к к к

q X „«X вр э получим ф - р мулу ролируется измерениями только вторично-эмиссионных токов и не требует значения степени приближения к зарядовому равновесию, т.е. измерения собственно толщины мишени и сечений перезарядных процессов. При этом толщина мишени существенно сокращается, поскольку требуется не полная, а лишь частичная перезарядка пучка. Количественно эффект сокращения толщины R легко получить для о двухкомпонентного пучка Н и Н наиболее распространенного в экспериментальной практике. В этом случае

I +F F.

К= Еп /Кп — - —, а F F о где,F — доля Н в равновесном пучке F = 2 Ь/а. При разумных значениях а =.0,1, Ь = 0,01 значение К в интервале энергий (1 — 70) кэВ меняется от.7 до 60. При энергиях выше 100 кэВ, когда Р„ < Р, необходимо выделенный поток нейтралов рассматривать как исходный для изложенной процедуры определения / . При этом Р = 1 и условие (21 всегда выполнимо.

Рассмотрим пример конкретной реализации способа для случая определения потока нейтральной компоненты водородного пучка источника протонов, формируемого при энергии 15кэВ.

Доля отрицательной компоненты Н составляла = 1% и йе учитывалась. Пучок направляется в плоский электростатический дефлектор, где компоненты разделяются и далее регистрируются многопроволочным датчиком, содержащим 16 проволок из золоченого вольфрама диаметром 30 мкм, с раздельным измерением тока каждой из них. Оба разделенных токовых профиля Н+ и Н одновременно помещаются в апертуре датчика. Измеряются абсолютный ток ионов Н + (дпя чего датчик включется в режиме с подавлением вторичной эмиссии) и вторичноэмиссионные токи, вызываемые нейтрао лами Н и ионами Н . Затем включается газовая мишень (Не, Ar), которая формируется электромагнитным затвором в трубке диаметром 60 мм и длиной 100 мм. На мишени пучок частично перезаряжается, компоненты преобI разованного пучка разделяются и повторяются токовые измерения. На газоТехред Л.Сердюкова Корректор В.Бутяга

Редактор С.Титова

Заказ 4845/1 Тираж 765 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4

S 11 вой миш ни в зависимости от времени накопления газа перезаряжается от

15Х до 40Х частиц исходного пучка, что удовлетворяет выражение (2) при а = 0,1, Ь 0,01. В этом интервале зарядовых состояний результат определения f не зависит от степе" ни перезарядки и согласно выражению (1) при N = 1, ф. 1 дает величиФ .ну 4,7 — 0,4, где указана статическая точность в пределах доверительного интервала 95Х. Полученная величина позволяет определить поток нейтральной компоненты пучка, исходя из измерений тока вторичной эмиссии, вызываемой нейтралами.

02479 ь

Использование предложенного способа измерения потока нейтральной компоненты пучка дает следующие преимущества: толщина мишени, необходимой для определения коэффициента вторичной эмиссии датчика, существенно сокращается и контролируется только измерением вторично-эмиссионных токов;

l0 -устраняет зависимость результата измерения от того, какое зарядовое соотношение установится после перезарядки, что позволяет применять способ при любых энергиях и со15.четаниях пучок - устронство переразрядки.