Устройство для измерения параметров потока заряженных частиц

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПА РАМЕТРОВ ПОТОКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ в приборах с поперечным магнитным полем , содержащее последовательно расположенные в межполюсном пространстве прибора коллимирующую диафрагму, плоскость которюй перпендикулярна поверхности полюсов магнита, и колле тор, отлича. ющёес я тем, что, с целью повьпиения его эффективности путем увеличения числа измеряемых параметрюв, между коллектором и диафрагмой введена;подвижная диафрагма , толщина и размеры отверстия которой удовлетворяют соответственно выражениям ,« сг- К° , fJJ if,, а размеры коллектора, выполненного в виде подвижного электрода, удовлетворяют «выражениям f - f в в, , при этом расстояние d от внешней поверхности неподвижной коллимирукщей диафрагмы до коллектора удовлетворяет выражению HH /.„.,, ).g V мсхкс -i I поперечные размеры коллектора и отверстий в коллимирующей и подвижной диафрагм мах; продольные размеры коллектора и отверстий в коллимирующей и подвижной диафрагмах; толщины коллимирующей и подвижной диафрагм; отношение частицы к заряду; коэффициент, зависящий от формы отверстия; чувствительность ап-. паратуры, используемой для измерения тока на коллекторе; плотность тока заряжённых частиц; минимальная поперечная скорость;максимальный измеряемый угол падения заряженных частиц; поперечное магнитное поле.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5П H 05 Н 7 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. . . ХФ М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

mV„„ ф!„+Ф (d4 (-з !!Ы

Г

mV4 м!!„ ев (g "м )!

3 причем. -Ф- (0 (! где И„; 00,t!"1 поперечные размеры коллектора и отверстий в коллимирующей и подвижной диафраг" мах; продольные размеры коллектора и отверс— тий в коллиглирующей и подвижной диафрагмах; толщины коллимируюр с 0 д™ н !! к

1 мин макс (21) 3366977/18-21 (22) 11.12.82 (46) 07.10.83. Бюл. 9 37 (72) Г.Г.Соминский (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им.М.И.Калинина . (53) 621.384.6(088.8) (56) 1. Бутусов. М.М. и др. Вопросы радиоэлектроники, сер.1, 1963, 9 2, с.46.

2. Малюгин В.И. и др. Физическая электроника. Труды ЛПИ, 1977, 9 356, с.53. (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ в приборах с поперечным магнитным полем,. содержащее последовательно расположенные в межполюсном пространстве прибора коллимирующую диафрагму, плоскость которой перпендикулярна поверхности полюсов магнита, и коллектор, о т л и ч а..ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его эффективности путем увеличения числа измеряемых параметров, между коллектором и диафрагмой введена подвижная диафрагма, толщина и размеры отверстия которой удовлетворяют соответственно выражениям Ъ И„,C"Д т В, f„> 8 !, а размеры коллектора, выйолйеннояго в виде подвижного электрода, удовлетворяют Выраженияпл г.1 0„,6, !Юг!, при этом расстояние d от вйешйей поверхности неподвижной коллимирующей диафрагмы до коллектора удовлетворяет выражению

„„SU„„1046983 А щей и подвижной диафрагм; отношение массы частицы к заряду козффициент, зависящий от формы отверс- Я тия чувствительность ап-. паратуры, используемой для измерения тока на коллекторе; () плотность тока заряженных частиц ; минимальная попереч- 1 В ная скорость ; максимальный измеряемый угол падения заряженных частиц; поперечное магнитное

1046983

3 plV

4 о< 1мин „ где Pt g0 д"

4 0

II Ц < II

S0

1 миН макс бО

Предлагаемая б5 ства позволяет к за

Изобретение относится к техничес. кой физике, и применяется для измерения скорости и направления движения заряженных частиц.

Устройство может быть использовано в электровакуумных и газонаполненных электронных приборах, где для управления движением заряда используется магнитное поле. Такие приборы находят широкое применение в электронной технике и физическом эксперименте.

Известно устройство для измерения характеристик потока электронов движущегося в поперечном магнитном поле В, т.е. в направлении., перпенди кулярном магнитным силовым линиям, содержащее два коаксиальных цилиндра, ось которых ориентирована вдоль магнитного поля, во внешнем цилиндре-катоде, граничащем с пространством взаимодействия, имеется продольная щель, длина которой приблизительно равна длине пространства взаимодействия, причем щель закрыта сет кой. Расстояние между поверхностями внутреннего цилиндра — коллектора и катода равно 0,5 мм.

Данное устройство позволяет измерять ток электронов, попадающих через щель на коллектор, а также обнаружить сущестнонание в токе быстрых электронов с энергией, превышающей энергию эмиттиронанных катодом электронов (1 ) °

Однако укаэанное устройство не позволяет определить угол с падения электронон на входную щель, а также скорость электронов V связанную с их движением в перпендикулярном В направлении при неизвестном о . Данное устройство не дает также информации о локальных характеристиках потока заряженных частиц.

Между тем такая информация представляет значительный интерес, если поток электронов на катод неоднороден в азимутальном или аксиальном (вдоль B) направлении.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров потока заряженных частиц н.приборах с поперечным магнитным полем, содержащее последовательно расположенные в межполюсном про-, странстве прибора коллимирующую диафрагму, плоскость которой перпендикулярна поверхности полюсон магнита, и коллектор $2 ).

Однако известное устройство также не обладает высокой информативностью, в частности не позволяет одновременно измерять значения скорости V в перпендикулярном В на- правлении и угла с падения частиц на поверхность диафрагмы н плоскости, перпендикулярной магнитному полю, что является существенным его недостатком.

Цель изобретения - повышение эффективности устройства путем увеличения числа измеряемых парамет"

5 ров.

Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для измерения параметров потока заряженных частиц в приборах с поперечным магнитным

10 полем, содержащем последовательно расположенные н межполюсном пространстве прибора коллимирующую диафрагму, плоскость которой перпендику— лярна поверхности полюсов магнита, и коллектор, между коллектором и диафрагмой введена подвижная диафраг.ма, толщина и размеры отверстия которой удовлетворяют соответственно размеры коллектора, выполненного н виде подвижного электрода, удовлетворяют выражениям Р „=Фz, f „y Оо, при этом расстояние 3 от вйешнкей поверх-, нос т и не подн ижн о и колли миру юще и диафрагмы до коллектора удовлетворяет выражению щу

1МИН

-Я g +Э Cd< (1 Sinldeagc) поперечные размеры коллектора и отверс тий в коллимирующей и подвижной диафраг мах; продольные размеры коллектора и отверстий н коллимирующей и подвижной диафрагмах) толщины коллимирующей и подвижной диафрагм; отношение массы к з аряду исследуемых частиц; чувствительность аппаратуры, используемой, для измерения тока на коллекторе, плотность тока заряженных частиц; минимальная попереч ная скорость максимальный измеряемый угол падения заряженных частиц; коэффициент, зависящий от формы отверстия; поперечное магнитное поле. онструкция устройодин цикл измере1046983 ния определить распределение частиц по с и \/

На фиг.1 представлено предла гаеМОе устройство, первый вариант выполнения; на фиг.2 - то же, второй вариант ныполнения.

Устройство (фиг.11 содержи: коллимирующую диафрагму 1 с отверстием 2, подвижный коллектор 3 и подвижную диафрагму 4 с отверстием 5.

Стрелкой показано направление падения заряженных частиц при влете их в отверстие 2, а сплошной линией - их траектории при отсутствии коллектора

Магнитное. поле направлено перпендикулярно плоскости фиг.1 и 2 (полюса магнитов не показаны /.

Устройство работает следующим образом.

Перемещая коллектор,, выполненный; например, н ниде м=-таллического стержня длиной Г и поперечным размером Р „, расположенного н плоскости, перйендикулярной плоскости фиг.1 и 2, например параллельно понерхности диафрагмы на расстоянии Й от внешней поверхности коллимирующей диафрагмы, и измеряя ток коллектора фиксируют максимальное значенйе Э „„. Это значение соответствует точке пересечения коллектором траектории потока. Так как в отсутствии электрического поля заряженные частицы описывают н магнитном поле круговую траекторию с радиусом .

",то, зная три точки этой траекrnV еб торииг точку пересечения с коллектором и две точки, соответствующие положению отверстий диафрагм, можно оп ределить величину R и затем Ч„, а построив в точке влета касательную к определенной таким образом траектории, можно определить и угол oi падения. Перемещая затем диафрагму 4 параллельно диафрагме 1 и повторяя н каждом положении определение V, (. и 3..., н конечном итоге получаем искомйе зависимости 3 (V„) и

7<< (с ), т.е. распределение частиц по скоростям и углам падения.

В случае, если поток заряженных частиц моноскоростной и все частицы проходят к диафрагме 1 под одинаковым.углом е(„ то для измерения V. u е(,может быть использован второй вариант устройства (фиг.?, т.е. без подвижной диафрагмы 4.

В этом случае, перемещая коллектор на расстоянии d aò диафрагмы, по двум значениям 1„„, фиксируют две точки пересечения коллектором траектории исследуемого потока, а поскольку третья точка траектории соответствует положению отверстия коллимирующей диафрагмы, также можно

-определять неличины R, а затем V и а(,.

Измерения с помощью предлагаемо

ro устройства возможны при выполнении следующего условия

rnV (,, „,У < """ " .(7- si о(„.„с)-1„, где V<,„„- минимальная поперечная скорость из интервала изме ряемых с к о рос те й, 10 Ы д — максимально измеряемый угол падения частиц.

Разрешающая способность устройства при определении локальных характеристик потока заряженных частиц, 15 а также точность измерения величин

V и o(. тем выше, чем меньше размер отверстия в диафрагме 1 по срав1 нению с радиусом закручивания

rr1 Н1 — заряженных частиц в магнит20 ном поле. Однако уменьшение значения

0 „ограничено необходимостью измео рения тока на коллектор. Поэтому 1н

1 должно превышать минимальное значение, при котором ток заряженных частиц 3 = Б, проникающих в отверстие, диафрагмы Д (5 — площадь отверстия в диафрагме; j — плотность тока на диафрагму J превышает чувст0 нительность аппаратуры Эц, используемой для его измерения. Например, при прямоугольном отверстии 5 = Р й",, о ,и Ы „7 — д -.-. Если Е"„=Е, =С„, Е"„ Е„и n o

35 Р, ) О, практичeoKH весь ТоК 3 к быть собран коллектором (3„<3J, что необходимо для достижения максимальной при данных Р„и е „чувствительо о ности предлагаемйх устройств при сохранении высокой точности опреде40 ления и V î

Размер И должен удовлетворять ,соотношению В„ <Р„и его максимальное значение ограничивается протяженностью вдоль пространства взаимодейст45 вия или (при исследовании неоднородного вдоль В потока заряженных частиц требованиям пространственного разрешения в этом направлении.

Максимальное расстояние, на ко50 торое проникают заряженные частицы за отверстие в диафрагме 1, равно

mVq „„

Q6 (1-9(n aL „„) . Поэтому. интервал измеряемых скоростей Ч„и углов падения ограничинается такими значеГ"Ч1ми н ниям-, при которых d< (1-з лЫ

Зля расширения интервала измеряемых

Ч и К необходимо выбрать минималь1

60 но возможные толщины диафрагм *„и

Э . Это минимальное значение огранйчивается требованиями жесткости и отвода .тепла, выделяемого на диафрагмах, например при их бомбардирбв.

6» ке. Как показывают эксперименты, в

1046983

Составитель Е.Громов

Редактор М.Рачкулинец Техред Т.Фанта Корректор Г. Решетник

Заказ 775 7/5 9 Тираж 845 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытиЯ

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сильноточных устройствах магнетронного типа 1 „„>p0,05-0,1 мм.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет измерять одновременно скорость V и угол о падения,.а так же распределение по Ч„ и с заряженных частиц, движущихся перпендикулярно магнитному полю в широком ,классе электронных устройств.