Способ определения среднего заряда и времени накопления ионов в электронно-ионных сгустках

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗАРЯДА И ВРЕМЕНИ НАКОПЛЕНИЯ ИОНОВ В ЭЛЕКТРОННО-ИОННЫХ СГУСТКАХ, включающий формирование электронного сгустка , ионизацию атомов электронным ударом и регистрацию вторичных электронов , отличающийся тем, что, с целью повьшения быстродействия , измеряют функцию выхода вторичных электронов от времени, а средний заряд и время накопления ионов определяют в моменты резкого спада выхода вторичных электронов.

СОЮЗ COBE ГСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А

u1) 4 С О1 R 33/02

ВСЕСОЮЗЮ й

l3,",;,, l3

ВИЫИОТККА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° °

Ф С

° °

%Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3438190/18-21 (22) 14.05.82 (46) 07.07.86. Бюл. № 25 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) И.В.Кузнецов, Э.А.Перельштейн и Г.Д.Ширков (53) 621.317.44(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 375708, кл. Н 01 J 3/04, 1973.

Щорнак Г., Музиоль Г. Методика измерения характеристического рентге новского.излучения электронно-ионных колец на коллективном ускорителе тяжелых ионов ОИЯИ, ОИЯИ, Р13-12 540, Дубна, 1979. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО

ЗАРЯДА И ВРЕМЕНИ НАКОПЛЕНИЯ ИОНОВ В

ЭЛЕКТРОННО-ИОННЫХ СГУСТКАХ, включающий формирование электронного сгустка, ионизацию атомов электронным ударом и регистрацию вторичных электронов, отличающийся тем, что, с. целью повышения быстродействия, измеряют функцию выхода вторичных электронов от времени, а средний заряд и время накопления ионов определяют в моменты резкого спада выхода вторичных электронов.

1061077

10

20

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано при изучении динамики накопления ионов в электронно-ионных сгустках.

Известен способ измерения времени образования ионов разных зарядностей в электронном пучке, заключающийся в том, что измеряют непосредственно спектры ионных зарядов в зависимости от времени.

Однако использование данного способа сопровождается разрушением электронно-ионного сгустка.

Наиболее близким является способ определения степени ионизации ионов в электронно-ионных кольцах, заключающийся в том, что формируют электронный сгусток, ионизируют атомы электронным ударом, измеряют характеристическое рентгеновское излучение ионов и по величине энергетического сдвига измеренных спектров относительно спектров нейтральных атомов судят о среднем заряде ионов, достигаемом в определенный момент времени от начала накопления.

Однако данный способ требует большого времени измерения.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Эта цель достигается тем, что в способе, включающем формирование электронного сгустка, ионизацию атомов электронным ударом и регистрацию вторичных электронов, измеряют функцию выхода вторичных электронов от времени, а средний заряд и время накопления ионов определяют в моменты резкого спада выхода вторичных электронов .

Сущность способа поясняется чертежом, на котором представлена зависимость выхода вторичных электронов от времени.

Осуществляется способ следующим образом.

Формируют сгусток (кольцевой пучок) электронов. После поступления нейтральных атомов в электронный сгусток происходит образование ионов электронным ударом. Положительно заряженные ионы накапливаются, а освобождающиеся при этом вторичные электроны выталкиваются собственным полем сгустка и регистрируются детектором электронов. 3а счет процесса Оже — ионизации изменение выхода вторичных электронов во времени имеет характерный ступенчатый вид для всех элементов периодической таблицы с 2 > 18. Это обусловлено тем, что вклад ОЖе — ионизации в произ-. водство ионов резко уменьшается, когда из атома или иона удаляются все электроны внешней оболочки и начинается процесс ионизации с более глубокого уровня, Распределение электронов по атомным оболочкам хорошо известно для каждого элемента и потому резкие спады в измеренной временной зависимости выхода вторичных электронов однозначно определяют средний заряд ионов и время его достижения, В вакуумной камере с давлением

10 торр электроны с энергией

20 ИэВ в магнитном поле 2 Тл формируются В кольцо с радиусом .3,5 см и полуразмером сечения 0,2 см. В кольце 10 электронов. В начальный я момент в кольцо впрыскиваются 2 10 атомов критона и начинается процесс накопления ионов. Освобождающиеся в процессе ионизации вторичные электроны выталкиваются из кольца с .энергией 100 кэВ и движутся вдоль магнитных силовых линил к детектору.

За время накопления ионов освобождается 5 -10 вторичных электронов. г

При эффективности регистрации электронов 10% ток вторичных электронов изменяется в пределах 10-0,01 мА.

Представленная на чертеже времен,ная зависимость выхода вторичных электронов справедлива для рассмотренного примера с криптоном. По оси. ординат отложен полный ток вторичных электронов в миллиамперах, а по оси абсцисс время накопления в миллисекундах. Верхняя кривая в правой части рисунка — суммарный выход вторичных электронов от ионизации криптона и остаточного газа при давлении

10 торр, нажняя кривая выход электронов только от криптона.

Резким спадом в приведенной зависимости соответствуют достигаемые в эти моменты времени средние заряды ионов вместе с их дисперсиями соответственно 8 + 1; 26 1,1 единиц заряда. Эти величины средних зарядов соответствуют удалению электронов последовательно с N и М оболочек,атома криптона, Для других элементов места резких спадов в выходе вторич1ОЫО77 чаются прежде всего в том, что оно позволяет значительно сократить время эксперимента (примерно в тысячу раз по сравнечию с прототипом).

Корректор В. Бутяга

Редактор О.Филиппова

Техред Л.Олейник

Заказ 3724/1

Тираж 728

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ных электронов, будут характеризоваться своими известными числами электронов, удаляемых с оболочек.

Точность определения времени достижения ионами характерных средних зарядов по месту окончания спада и выхода на плато составляет «1О . Вычисленные дисперсии средних зарядов . составляют -1 единицу атомного заряда. 10

Таким образом, технические преимущества предложенного способа заклюПредложенный способ позволяет также измерять низкие зарядности ионов

Z с20 даже в случае одного электронно-ионного сгустка, а интегрирование тока вторичных элементов позволяет оценить суммарный заряд ионов в сгустке.