CN109216149B - 一种基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，该装置包含静电聚焦系统、静电分析器、栅网、微通道板、固定顶帽和静电分析器的侧支撑结构、固定静电分析器的支撑结构等；静电聚焦系统由上下各三组同轴的金属圆环电极组成，各个环状电极由内到外半径依次增加；静电分析器为半球状；包括顶帽、内半球以及外半球。本发明在传统的低能离子能量分析装置的准直区设置了金属圆环静电聚焦系统，该静电聚焦系统可同时对进入分析器的带电粒子束实现准直和聚焦，增加了分析器对入射气体的接收角范围；同时由于聚焦系统对带电粒子束的聚焦作用，提高了静电分析器的检测离子能量的灵敏度和效率。

Description

一种基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置

技术领域

本发明属于空间低能离子探测领域，具体涉及一种基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置。

背景技术

日地空间环境中的主要介质为等离子体。在近地空间中，包含了来自太阳风的自由电子、质子、a粒子、重离子组成的等离子体，以及被电离的地球大气分子等。离子能量分析器作为空间等离子体探测的必备载荷，被广泛使用于近地空间以及深空卫星探测中。在各类基于静电偏转的低能离子能量分析装置中，离子束流进入偏转电极与接地电极之间的狭缝，调节偏转电极电压，便可实现对离子的能量分辨。传统的基于静电偏转的低能离子能量分析装置的主要依靠装置的几何结构对离子束进行准直，这就导致了离子束入口的有效接收范围受到限制。同时由于进入能量分析装置的离子束流截面直径的大小会影响到分析装置的能量分辨率，缩小离子束流截面直径将有利于分析装置对离子束进行能量筛选。并且仅仅靠几何结构进行准直，无法实现对入射离子束的聚焦。

发明内容

本发明是为了解决上述现有装备结构和技术中存在的相关问题，提供一种基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置。

本发明基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，其特点包括有：

一种基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，其特点包括有：所述装置包括静电聚焦系统、静电分析器、栅网、微通道板、固定静电分析器的支撑结构、固定顶帽和静电分析器的侧支撑结构、绝缘板、压板、微通道板支撑板、支撑铜环、阳极、螺纹孔、电极支柱；所述的静电聚焦系统包括第一圆环电极、第二圆环电极、第三圆环电极；所述的静电分析器包括顶帽、内半球、外半球；所述的固定静电分析器的支撑结构包括内支撑圆筒、外支撑圆筒、固定螺栓以及整体支撑架。

所述顶帽由侧支撑结构固定在外半球顶部；所述外半球由整体支撑架支撑固定；所述内半球通过螺纹孔固定在绝缘板上，绝缘板通过外支撑圆筒、内支撑圆筒以及固定螺栓固定在整体支撑架上；

所述微通道板上方设置栅网，栅网由压板和微通道板支撑板固定；下方设置有阳极，阳极与微通道板支撑板之间设有支撑铜环；

所述第一圆环电极包括上下两个电极，由电极支柱分别固定与顶帽底部和外半球顶部，第二圆环电极以及第三圆环电极的固定与第一圆环电极相同；

所述的基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，其特点在于：离子通过静电聚焦系统进入静电分析器，符合筛选条件的离子最终打在微通道板上，形成检测信号。

所述的基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，其特点在于：所述第一圆环电极、第二圆环电极以及第三圆环电极与顶帽、外半球利用陶瓷垫片方式绝缘，并且第一圆环电极和第三圆环电极接地，第二圆环电极上施加正电压。

所述的基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，其特征在于：静电分析器与微通道板之间的栅网可减少微通道板上的高压对静电分析器内部电场的影响。

所述的基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，其特征在于：静电聚焦系统可对离子束进行准直和聚焦，聚焦点位置可通过调整第二圆环电极上的电压值。

所述的基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，带电粒子束通过聚焦系统进入静电分析器，对静电分析器内半球进行电压扫描，不同的离子能量均有一个最佳通过电压，并且离子能量与最佳通过电压呈线性变化关系。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明在基于静电偏转的空间低能离子能量分析装置的准直区设置安装了金属圆环静电聚焦系统，可实现对入射离子束的准直和聚焦。

2、本发明所使用的金属圆环聚焦电极具有结构简单紧凑、安装要求低、原理清晰的特点。

附图说明

图1为本发明基于静电偏转的空间低能离子能量分析装置的剖面示意图；

图2为图1中B处细节放大图，展示了基于静电偏转的空间低能离子能量分析装置的栅网和微通道板固定方式示意图；

图3为本发明基于静电偏转的空间低能离子能量分析装置的金属圆环聚焦系统示意图；

图3(a)为本发明图3所示的金属圆环聚焦系统示意图A-A方向剖视图；

图中标号：1固定顶帽和静电分析器的侧支撑结构；2静电聚焦系统；3静电分析器；4顶帽；5内半球；6外半球；7第一圆环电极；8第二圆环电极；9第三圆环电极；10绝缘板；11外支撑圆筒；12内支撑圆筒；13固定静电分析器的支撑结构；14固定螺栓；15微通道板；16整体支撑架；17压板；18栅网；19微通道板支撑板；20支撑铜环；21阳极；22螺纹孔；23电极支柱；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述，如图1以及图2所示，本实例中的一种基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置包括有：

固定顶帽和静电分析器的侧支撑结构1；静电聚焦系统2；静电分析器3；顶帽4；内半球5；外半球6；第一圆环电极7；第二圆环电极8；第三圆环电极9；绝缘板10；外支撑圆筒11；内支撑圆筒12；固定静电分析器的支撑结构13；固定螺栓14；微通道板15；整体支撑架16；压板17；栅网18；微通道板支撑板19；支撑铜环20；阳极21；螺纹孔22；电极支柱23；所述的静电聚焦系统2包括第一圆环电极7、第二圆环电极8、第三圆环电极9；所述的静电分析器3包括顶帽4、内半球5、外半球6；所述的固定静电分析器的支撑结构13包括内支撑圆筒12、外支撑圆筒11、固定螺栓14以及整体支撑架16。

如图3和图3(a)所示，所述静电聚焦系统由上下各三组同轴的金属圆环电极组成，各个环状电极由内到外半径依次增加；具体实施中第二圆环电极8与顶帽4以及外半球6绝缘，并且第一圆环电极7和第三圆环电极9接地，第二圆环电极8上施加正电压，通过调整第二圆环电极8上的电压来实现不同的聚焦效果，离子束被压缩的程度与电压呈正比；

具体实施中顶帽4和外半球6接地，内半球5接负电压，微通道板15接负高压；栅网18可防止微通道板15上的负高压对静电分析器3内半球5和外半球6之间的狭缝中的电场产生影响；通过扫描内半球5上的电压值，对离子束进行能量筛选。

Claims (5)

1.一种基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，其特征在于：所述装置包括静电聚焦系统(2)、静电分析器(3)、栅网(18)、微通道板(15)、固定静电分析器的支撑结构(13)、固定顶帽和静电分析器的侧支撑结构(1)、绝缘板(10)、压板(17)、微通道板支撑板(19)、支撑铜环(20)、阳极(21)、螺纹孔(22)、电极支柱(23)；所述的静电聚焦系统(2)包括第一圆环电极(7)、第二圆环电极(8)、第三圆环电极(9)；所述的静电分析器(3)包括顶帽(4)、内半球(5)、外半球(6)；所述的固定静电分析器的支撑结构(13)包括内支撑圆筒(12)、外支撑圆筒(11)、固定螺栓(14)以及整体支撑架(16)；

所述顶帽(4)由侧支撑结构(1)固定在外半球(6)顶部；所述外半球(6)由整体支撑架(16)支撑固定；所述内半球(5)通过螺纹孔(22)固定在绝缘板(10)上，绝缘板(10)通过外支撑圆筒(11)、内支撑圆筒(12)以及固定螺栓(14)固定在整体支撑架(16)上；

所述微通道板(15)上方设置栅网(18)，栅网(18)由压板(17)和微通道板支撑板(19)固定；下方设置有阳极(21)，阳极(21)与微通道板支撑板(19)之间设有支撑铜环(20)；

所述第一圆环电极(7)包括上下两个电极，由电极支柱(23)分别固定与顶帽(4)底部和外半球(6)顶部；第二圆环电极(8)以及第三圆环电极(9)的固定与第一圆环电极(7)相同。

2.根据权利要求1所述的基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，其特征在于：离子通过静电聚焦系统(2)进入静电分析器(3)，符合筛选条件的离子最终打在微通道板(15)上，形成检测信号。

3.根据权利要求1所述的基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，其特征在于：所述第一圆环电极(7)、第二圆环电极(8)以及第三圆环电极(9)与顶帽(4)、外半球(6)利用陶瓷垫片方式绝缘，并且第一圆环电极(7)和第三圆环电极(9)接地，第二圆环电极(8)上施加正电压。

4.根据权利要求1所述的基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，其特征在于：静电分析器(3)与微通道板(15)之间的栅网(18)可减少微通道板(15)上的高压对静电分析器(3)内部电场的影响。

5.根据权利要求1所述的基于静电偏转的新型空间低能离子能量分析装置，其特征在于：静电聚焦系统(2)可对离子束进行准直和聚焦，聚焦点位置可通过调整第二圆环电极(8)上的电压值。

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