FR2517795A1

FR2517795A1 - SOURCE OF MOLECULAR BEAMS GAS PULSES WITH QUICK VALVE

Info

Publication number: FR2517795A1
Application number: FR8122981A
Authority: FR
Inventors: B Feuerbacher; R Adriaens; W Allison
Original assignee: Agence Spatiale Europeenne
Current assignee: Agence Spatiale Europeenne
Priority date: 1981-12-08
Filing date: 1981-12-08
Publication date: 1983-06-10
Also published as: FR2517795B1; DE3245481A1

Abstract

The invention relates to a device for producing a pulsating molecular beam of radiation. It contains a valve, whose electrically conductive closing device (25) can move with respect to the opening (13) from which the beam of radiation emerges; associated therewith is a displacement device (17), which has an electrical circuit generating pulses of the flow. The problem to be solved is to ensure the opening and closing of the valve without any mechanical influencing. According to the invention, the closing device is arranged in a positively locking manner with a radial, electrically conductive element (26) in the shape of an annular ring. The displacement devices contain two pulse-generating electrical circuits, each having a coil, one of which is arranged in front of and the other behind the annular element. The electrical circuits include a common control circuit which releases the pulses. One of the electrical circuits also has a delay circuit. The invention is used especially in diffusion experiments relating to molecular radiation.

Description

Source de faisceaux moléculaires gazeux pulsés à vanne
rapide
ta présente invention concerne les sources de faisceaux moléculaires pulsés1 du type constitué d'une source de gaz proprement dite et dtune vanne rapide comprenant, d'une part, un corps qui délimite une chambre intérieure comportant une entrée de gaz et un orifice ou buse de sortie formant émetteur de faisceau moléculaire et, d'autre part, un organe obturateur conducteur de ltélectrici- té qui est monté mobile sensiblement suivant l'axe de cet orifice de sortie entre une position d'obturation de celuici et une position de retrait, et auquel sont associés des moyens de déplacement de cet obturateur vers sa position d'obturation comportant un circuit électrique générateur d'impulsions de courant.Source of gaseous pulsed molecular beams with valve
quick
The present invention relates to pulsed molecular beam sources 1 of the type consisting of a gas source proper and a rapid valve comprising, on the one hand, a body which delimits an inner chamber having a gas inlet and an orifice or nozzle of the output forming a molecular beam emitter and, on the other hand, an electrically conductive shutter member which is mounted substantially movable along the axis of this outlet port between a shutter position thereof and a retracted position, and which are associated means for moving this shutter to its closed position comprising an electric circuit generating current pulses.

On connaît déjà, par exemple par l'article "Source de faisceaux moléculaires pulsés à la dizaine de microsecondes et détecteurs rapide d'ionisation de W. Ronald Gentry et Clayton F. Giese paru dans Rev. Sci. Already known, for example, by the article "Source of pulsed molecular beams at the ten microseconds and rapid ionization detectors W. Ronald Gentry and Clayton F. Giese published in Rev. Sci.

Instrum, Vol 49 nO 5, Mai 1978, p. 595 à 600, une source de ce type dans laquelle l'organe obturateur de la vanne est constitué par une barre métallique rigide qui est disposée en regard de 1'orifice de sortie et immobilisée à ses extrémi- tés et qui constitue avec la plaque frontale qui comporte cet orifice une boucle dans laquelle on fait passer une impulsion de courant. Les courants opposes qui circulent dans les deux pièces se repoussent et soulèvent la barre, qui répond à cette force en un temps déterminé par sa fréquence naturelle de vibration.Instrum, Vol 49 No 5, May 1978, p. 595 to 600, a source of this type in which the shutter member of the valve is constituted by a rigid metal bar which is disposed facing the outlet orifice and immobilized at its ends and which constitutes with the front plate which comprises this orifice a loop in which is passed a current pulse. The opposing currents circulating in the two pieces repel each other and raise the bar, which responds to this force in a time determined by its natural frequency of vibration.

De telles sources de faisceaux moléculaires trouvent une application particulièrement avantageuse dans les expériences de diffusion de faisceaux moléculaires croisés. Such molecular beam sources find particularly advantageous application in crossed molecular beam scattering experiments.

On sait que l'élément principal d'une source de faisceaux moléculaires pulsés est constitué par la vanne rapide qui est disposée et manoeuvrée entre la source de gaz formée d'un réservoir sous haute pression et une en- ceinte expérimentale mise sous vide. blormalementr la vanne est formée de manière que le réservoir et l'enceinte sous vide soient isolés l'un par rapport à l'autre Au cours de sa brève durée d'ouverture, la vanne autorise un écoulement de gaz à partir du réservoir à travers la buse, ce gaz se détendant alors dans le vide de l'enceinte. On assure une détente libre en prévoyant une durée d'ouverture inférieure à la durée de vol du faisceau à travers l'enceinte sous vide.Au cours de cette détente, le gaz est collimaté et l'expérience a monté que cette détente hydrodynamique à travers la buse conduit à un resserement de la distribution de vitesses du faisceau. It is known that the main element of a source of pulsed molecular beams is constituted by the fast valve which is arranged and operated between the source of gas formed of a high-pressure reservoir and an experimental chamber evacuated. the valve is formed in such a way that the reservoir and the vacuum chamber are isolated from each other. During its short opening time, the valve allows a flow of gas from the reservoir through the nozzle, this gas then relaxing in the vacuum of the enclosure. Free expansion is provided by providing an opening time less than the duration of flight of the beam through the vacuum chamber. During this expansion, the gas is collimated and the experience has mounted that this hydrodynamic expansion through the nozzle leads to a tightening of the beam velocity distribution.

Les sources à faisceaux moléculaires pulsés présentent des avantages notables par rapport aux sources à faisceaux moléculaires continus p3ar les quelles l'intensité du faisceau est limitée par la dimension et la capacité des pompes à vide associées Ainsi, une source continue d'intensité élevée est nécessairement une pièce d'appareillage de grandes dimensions. En outre, la charge-constante appliquée sur le système par un faisceau continu conduit t an signal de fond indésirable cu est reçu pa: le détecX r et limite la sensibilité des expériences effectuées. Pulsed molecular beam sources have significant advantages over continuous molecular beam sources where the intensity of the beam is limited by the size and capacity of the associated vacuum pumps. Thus, a continuous source of high intensity is necessarily a piece of equipment of large dimensions. In addition, the constant load applied to the system by a continuous beam leads to an undesirable background signal which is received by the detector and limits the sensitivity of the experiments carried out.

Par contre, les sources pulsées sont d'une dimension beaucoup plus fable, tout en permettant d'obtenir des pointes d'intensité notablement plus élevées que celles fournies par la plupart des sources continues. Avec un faisceau pulsé, il est également possible de réduire à toute valeur voulue les signaux de fond qui parviennent au détecteur, et ceci simplement en réduisant la cadence de répétition des impulsions, l'appareillage disposant alors d'un temps suffisant pour évacuer le gaz de fond en le pompantentre les impulsions. Bien que le coefficient d'utilisation du faisceau soit fortement réduit, cela ne présente pas un grand inconvénient dans la plupart des cas, la nature pulsée de la source convenant de manière idéale aux mesures des temps de vol et aux études de diffusion inélastique des molécules sur les surfaces solides. On the other hand, pulsed sources are of a much more fable dimension, while allowing to obtain significantly higher intensity peaks than those provided by most continuous sources. With a pulsed beam, it is also possible to reduce to any desired value the bottom signals that reach the detector, and this simply by reducing the rate of repetition of the pulses, the apparatus then having a sufficient time to evacuate the gas background by pumping it between the pulses. Although the beam utilization coefficient is greatly reduced, this does not present a great disadvantage in most cases, the pulsed nature of the source being ideally suited for flight time measurements and inelastic diffusion studies of the molecules. on solid surfaces.

Il se trouve toutefois, comme déjà indiqué plus haut, que dans les sources pulsées connues, la durée d'ouverture de la vanne est essentiellement déterminée par les propriétés vibratoires de la barre d'obturation, ce qui présente un certain inconvénient. It is however, as already indicated above, that in known pulsed sources, the opening time of the valve is essentially determined by the vibratory properties of the sealing bar, which has a certain disadvantage.

En effet, si luron considère les facteurs qui déterminent les caractéristiques d'un faisceau moléculaire pulsé, il s'avère que le paramètre expérimental leplus important est constitué par la dispersion des temps d'une impulsion Iémentaire du faisceau, telle que mesurée par le détecteur de faisceau, dispersion qu'il est habituellement souhaitable de rendre minima)e. Or les deux facteurs qui contribuent cette dispersion. sont, d'une part, justement la durée d'ouverture de la vann-e et, d'autre-part, la distribution des vitesses dans le faisceau.Dans l'article précité, les auteurs soulignent qu'avec des durées d'ouverture de la vanne très brèves d'environ 10 /us , l'écoulement hydrodynamique à travers la buse n'a pas le temps suffisant de se développer complètement, ce qui entrain une distribution desvitesses quelque peu plus large qu'on ne l'attendrait d'un faisceau continu obtenu dans des conditions analogues.Il a par ailleurs été prouvé que la distribution des vitesses est très resserée dans un faisceau pulsé, lorsque la durée d'ouverture de la vanne- est supérieure à 100wus. Il se trouve enfin que, pour un détecteur voisin de la source, de faibles durées d'ouverture sont plus importantes qu'une distribution resserrée des vitesses, alors que, avec un détecteur plus éloigné, il peut être avantageux de travailler avec des durées d'ouverture quelque peu plus longues, mais en bénéficiant du resserrement consécutif de la distribution des vitesses. Indeed, if we consider the factors which determine the characteristics of a pulsed molecular beam, it turns out that the most important experimental parameter consists of the dispersion of the times of an elementary pulse of the beam, as measured by the detector. beam, which is usually desirable to minimize. But the two factors that contribute to this dispersion. are, on the one hand, precisely the opening time of the tire and, on the other hand, the distribution of velocities in the beam. In the article cited above, the authors point out that with durations of valve opening very short about 10 / us, the hydrodynamic flow through the nozzle does not have enough time to develop completely, which leads to a speed distribution somewhat wider than expected a continuous beam obtained under similar conditions. It has also been proved that the velocity distribution is very tight in a pulsed beam, when the opening time of the valve is greater than 100 Wus. Finally, for a detector close to the source, short opening times are more important than a narrow distribution of speeds, whereas with a more distant detector, it may be advantageous to work with different durations. opening somewhat longer, but benefiting from the consequent tightening of the speed distribution.

C'est pourquoi la présente invention a pour but de supprimer les inconvénients que présentent les sources pulsées connues qui, pour la détermination de la durée d'ouverture de la vanne, reposent sur des propriétés mécaniques, et donc de fournir une source qui comporte une vanne dont à la fois la durée d'ouverture et lgampliture de l'ou- verture puissent etre réglées aisément et de manière parfai- tement fiable, et plus particulièrement par simple voie électrique. This is why the present invention aims to eliminate the disadvantages of known pulsed sources which, for the determination of the opening time of the valve, rely on mechanical properties, and therefore to provide a source that includes a valve whose both the opening time and amplification of the opening can be adjusted easily and in a completely reliable manner, and more particularly by simple electrical way.

A cet effet, l'invention a pour objet une source de faisceaux moléculaires pulsés du type mentionné au début de cette description et qui est caractérisée en ce que l'organe obturateur est solidaire d'un élément annulaire conducteur de l'électricité, disposé dans un plan sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement de l'obturateur et les moyens de déplacement de cet organe obturateur comprennent deux circuits générateurs d'impulsions qui comportent chacune une bobine, ces bobines étant disposées, suivant ladite direction, l'une en avant et l'autre en arrière de l'élément annulaire conducteur, ces deux circuits comportant un circuit commun de commande de déclenchement des impulsions, et le circuit associé à la bobine située par rapport à l'élément an;;J-alaire du-*tté oppose à l'orifice de sortie pLáientant un circuit de retard. For this purpose, the subject of the invention is a source of pulsed molecular beams of the type mentioned at the beginning of this description and which is characterized in that the shutter member is integral with an annular element which is electrically conductive, disposed in a plane substantially perpendicular to the direction of movement of the shutter and the displacement means of this shutter member comprise two pulse generator circuits which each comprise a coil, these coils being arranged, in said direction, one in front and the other behind the conductive annular element, these two circuits comprising a common circuit for triggering the pulses, and the circuit associated with the coil located with respect to the antenna element; opposed to the output port pLáientant a delay circuit.

Grâce à cet agencement, les deux circuits générateurs envoient aux deux bobines des impulsions se succédant avec un certain intervalle de temps, la première provoquant le recul de l'élément annulaire et de l'organe obturateur et par conséquent l'ouverture de l'orifice de-sortie, et la seconde leur retour et donc la fermeture de l'orifice. Thanks to this arrangement, the two generator circuits send to the two coils pulses succeeding each other with a certain time interval, the first causing the recoil of the annular element and the shutter member and consequently the opening of the orifice out, and the second their return and thus the closing of the orifice.

De manière particulièrement avantageuse, ledit circuit de retard est à retard réglable, et ce réglage est de préférence prévu de manière que la durée d'ouverture de la vanne puisse varier d'environ 10jus à 100 s lorsqu'il s'agit de régler la dispersion des teEpsd'arrivée sur un détecteur donné. Particularly advantageously, said delay circuit is adjustable delay, and this adjustment is preferably provided so that the opening time of the valve can vary from about 10jus to 100 s when it comes to adjusting the Dispersion of arrival times on a given detector.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il peut être prévu que le circuit de commande de déclenchement des impulsions est un circuit de commande de déclenchement de séries d'impulsions décalées d'un retard dans le temps, relié aux bobines d'actionnement de la vanne par des circuits symétriques parallèles comprenant chacun une unité de déclenchement alimentée en basse tension dont l'entrée est reliée audit circuit de commande et-dont la sortie commande des interrupteur s à décharge envoyant des cou rants impulsionnels dé commande, décalés du retard dans la bobines respectives.De préférence, les interrupteurs à déchaae peuvent etre constitués chacun par un éclateur et un condensateur branché. en parallèle sur le circuit série formé par l'éclateur et la bobine associée et dont les bornes sont reliées à un circuit d'alimentation à haute tension , de meme, le circuit de commande peut 8tre formé par un multivibrateur astable dont les signaux de sortie commandent d'une part direc- ment un multivibrateur monostable relié par un amplificateur à une unité de déclenchement : et d'autre part par l'intermédiaire d'une ligne à retard, à retard réglable,à un multivibrateur monostable relié par un amplificateur à l'autre unité de déclenchement. In a particular embodiment of the invention, it can be provided that the pulse-triggering control circuit is a delay-delay pulse-triggering control circuit connected to the pulse coils. actuating the valve by parallel symmetrical circuits each comprising a tripping unit supplied with low voltage whose input is connected to said control circuit and whose output controls the discharge switches sending pulse command currents, offset by delay in the respective coils. Preferably, the disengaged switches may each consist of a spark gap and a connected capacitor. in parallel on the series circuit formed by the spark gap and the associated coil and whose terminals are connected to a high voltage supply circuit, the control circuit can also be formed by an astable multivibrator whose output signals control on the one hand directly a monostable multivibrator connected by an amplifier to a tripping unit: and on the other hand via a delay line, adjustable delay, a monostable multivibrator connected by an amplifier to the other trigger unit.

D'autre caractéristiques et avantages de l'invention ressort;i: > nt de la S-cription qu 14 suivie, à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels
- la Fig. 1 illustre une vanne rapide pour source de faisceaux moléculaires pulsés suivant un mode de réalisation particulier conforme à l'invention, à l'exception de son circuit électrique de commande;;
- la Fig. 2 représente, sous forme schéma-blocs, ce même circuit électrique de commande
- la Fig. 3 illustre le circuit commun de commande de déclenchement des impulsions, de ce circuit de commande de la Fig. 2
- les Fig. 4 et 5 illustrent les varia tions de l'intensité du faisceau en fonction du temps de vol , obtenues à l'aide de la source décrite
La vanne pour source de faisceaux moléculaires pulsés décrite coopère, pour consttbuer cette source, avec un réservoir de gaz sous pression élevée 1 et -une enceinte sous vide 2àtravers la paroi3de laquelle est Saterposs le corps 4 de la vanne.Other features and advantages of the invention are apparent from the description which follows, by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings in which:
FIG. 1 illustrates a fast valve for source of pulsed molecular beams according to a particular embodiment according to the invention, with the exception of its electrical control circuit;
FIG. 2 represents, in block diagram form, this same electrical control circuit
FIG. 3 illustrates the common pulse-trigger control circuit of this control circuit of FIG. 2
- Figs. 4 and 5 illustrate the variations in the intensity of the beam as a function of flight time, obtained with the aid of the source described.
The pulsed molecular beam source valve described cooperates, for consttbuer this source, with a tank of gas under high pressure 1 and -a vacuum chamber 2àtravers the wall3de which Saterposs the body 4 of the valve.

Ce corps4présente une forme générale cylindrique de révolution autour d'un axe X-X qui seral'axe du faisceau émis, et qui comporte successivement, suivant cet axe, un bloc de sortie ou couvercle avant5 réalisé en matière plastique rigide telle que celle connue sous le nom commercial de Delrin et dont la périphérie est assemblée dans la paroi 3 de l'enceinte à vide, un bloc central 6 réalisé dans le même matériau et qui s'applique sur le bloc 5 par des faces annulaires planes comportant un joint7 et y est. fixé par des vis,8 etunbloe d'entrée ou couvercle arriere9quiest constitué par une plaque en acier inoxydable présentant axialement une tubulure10dYentrée de gaz qui est reliez au réservoir 1, ce bloc 9 s'appliquant également sur le bloc central 6 par des faces annulaires planes comportant un joint Il et y étant fixé par des vis 12. This body4presents a generally cylindrical shape of revolution about an axis XX which seral'axe of the emitted beam, and which comprises successively, along this axis, an output block or front cover 5 made of rigid plastic such as that known under the name Delrin commercial and whose periphery is assembled in the wall 3 of the vacuum chamber, a central block 6 made of the same material and which is applied to the block 5 by planar annular faces having a seal7 and y is. fixed by screws, 8 andunbloe input or rear cover9qui constituted by a stainless steel plate axially having a tubuure10dYY gas inlet which is connected to the tank 1, this block 9 also applying to the central block 6 by flat annular faces having a gasket 11 and there being fixed by screws 12.

Le bloc de sortie ou couvercle avant 5 présente en son centre un orifice de sortie ou buse 13 délimité par un anneau derrière lequel, en direction du bloc central, est disposé un joint annulaire d'étanchéité 14 en matière plastique rigide telle que celle connue sous le nom commercial de Viton. A l'avant de cet-orifice, le bloc 5 présente un profil de forme conique 15, tandis qu'à l'arrière de cet orifice, il présente un premier chambrage annulaire 16 à l'intérieur duquel est disposée une première bobine électrique ou bobine d'ouverture 17 et qui est délimité intérieurement, sur une partie de sa dimension axiale, par un rebord qui porte le joint 14, tandis qu'un second chambrage annulaire- 18 de diamètre plus grand est disposé entre ce premier chambrage 16 et la face d'appui 19 du bloc central 6. The outlet block or front cover 5 has at its center an outlet orifice or nozzle 13 delimited by a ring behind which, in the direction of the central block, is disposed an annular sealing gasket 14 made of a rigid plastic material such as that known under the commercial name of Viton. At the front of this orifice, the block 5 has a conical shape profile 15, while at the rear of this orifice, it has a first annular recess 16 inside which is disposed a first electrical coil or opening coil 17 and which is delimited internally, on a part of its axial dimension, by a flange which carries the seal 14, while a second annular recess 18 of larger diameter is disposed between this first recess 16 and the support face 19 of the central block 6.

Ce bloc central 6 offre une chambre in térieurecylindrique 20 qui est ouverte sur le bloc d'entrée 9 et communique par conséquent avec la tubulure 10, mais est délimitée du côté opposé par un fond plein 21 qui est traversé axialement par un passage cylindrique 22, lui même entouré du côté de la face d'appui 19-, par un chambrage annulaire 23 identique au chambrage 16 et situé en regard de celui-ci et à l'intérieur duquel est diposée une seconde bobine électrique ou bobine de fermeture 24 en léger retrait par rapport à la face 19. Les deux bobines 17 et 24 sont constituées par de -minces bandes de cuivre enroulées en spirale sur un support plat, avec des spires de rayons croissant progressivement. This central block 6 has an inner cylindrical chamber 20 which is open on the inlet block 9 and therefore communicates with the pipe 10, but is delimited on the opposite side by a solid bottom 21 which is traversed axially by a cylindrical passage 22, itself surrounded by the side of the bearing face 19-, by an annular recess 23 identical to the recess 16 and located opposite it and inside which is disposed a second electrical coil or closing coil 24 in light The two coils 17 and 24 are constituted by -minus copper strips spirally wound on a flat support, with progressively increasing coils of radii.

L'organe obturateur de la vanne est constitué par une tige 25 en métal conducteur tel que l'aluminium, disposée suivant l'axe X-X et dont la face avant s'appuie, en position normale, sur le-point 14 qui a sensiblement le même diamètre moyen, ce qui permet, en service, d'éviter des contraintes excessives sur ce joint.Cette tige porte en son milieu et venu de matière, un disque 26 mince disposé dans un plan perpendiculaire à l'axe X-X et situé entre les deux bobines 17 et 24, et dont la périphérie est logée dans le chambrage plus large 18, en s'appuyant, en position normale, s;lr le fon 3e ce cham; ge,la la boiT- 7 étant el léger re- trait par rapport à ce fond La partie arrière 27 de la tige, de diamètre légèrement plus faible,est montée coulissante dans le passage 22 avec un jeu suffisant pour permettre le passage du gaz de la chambre 20 vers le chambrage 18 (ce jeu pouvant en variante être remplacé par des canaux axiaux faisant communiquer la chambre avec la face avant du bloc 6). The shutter member of the valve is constituted by a rod 25 of conductive metal such as aluminum, arranged along the axis XX and whose front face rests, in normal position, on the point 14 which has substantially the same average diameter, which allows, in use, to avoid excessive stress on this joint.This rod carries in its middle and come matter, a thin disc 26 disposed in a plane perpendicular to the axis XX and located between the two coils 17 and 24, and whose periphery is housed in the wider recess 18, bearing, in normal position, s; lr the fon 3e this cham; The rear portion 27 of the rod, of slightly smaller diameter, is slidably mounted in the passageway 22 with sufficient clearance to allow the passage of the gas. the chamber 20 to the recess 18 (this game may alternatively be replaced by axial channels communicating the chamber with the front face of the block 6).

Il subsiste, en position normale, entre le disque 26 et la partie de la face d'appui 19 du bloc central qui fait face au chambrage 18, une distance d qui limite la course de déplacement maximale autorisée pour ce disque.There remains, in the normal position, between the disc 26 and the part of the bearing face 19 of the central block facing the recess 18, a distance d which limits the maximum displacement path allowed for this disc.

-La partie arrière 27 de la tige fait
saillie à l'intérieur de la chambre 20 et s'appuie au milieu d'une lame diamétrale élastique légère 28, par exemple en fibres de carbone, dont les extrémités sont fixées sur ïa face avant d'un écrou à section en C 29 qui se visse dans un filetage périphérique 3Q de la chambre 20 et est percé en son centre pour permettre le passage du gaz, cette lame 28 assurant l'appui de la tige 25 sur le joint 14 même lorsque les bobines sont hors tension, de manière à maintenir l'étan-. -The rear part 27 of the stem is
protruding inside the chamber 20 and rests in the middle of a light elastic diametrical blade 28, for example carbon fiber, the ends of which are fixed on the front face of a C-section nut 29 which is screwed into a peripheral thread 30 of the chamber 20 and is pierced at its center to allow the passage of gas, the blade 28 ensuring the support of the rod 25 on the seal 14 even when the coils are off, so as to maintain water.

chéité de la vanne. te filetage permet un reglage de la position de la lame et par conséquent de l'amplitude de l'ouverture de l'obturateur.fairness of the valve. The thread allows adjustment of the position of the blade and therefore the amplitude of the opening of the shutter.

Comme le montre la Fig. 2, les bobines 17 et 24 sont alimentées par deux circuits qui comportent en commun un circuit de commande de déclenchement 31. As shown in FIG. 2, the coils 17 and 24 are fed by two circuits which have in common a tripping control circuit 31.

Comme le montre la Fig. 3ce circuit 31 de commande de déclenchement des impulsions de commande des bobines, se compose d'un multivibrateur astable 32 dont la sortie est reliée, d'une part, directement à un multivibrateur monostable 33 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une ligne à retard 34, dont la durée de retard peut être réglée par tout moyen connu dans la technique1 à un inultivibrateur monostable 35.Les sorties respectives 36,37 des multivibrateurs 33 et 35 sont reliées à des amplificateurs 38, 39, dont les sortie sont raccoriées,par l F intermédiaire de circuits
R, C 40 et 41 de compensationwà des unités identiques 42,43 de déclenchement, au. moyen de conducteurs 44 45 comme le montre la Fig. 2.As shown in FIG. 3control circuit 31 for triggering the control pulses of the coils, consists of an astable multivibrator 32 whose output is connected, on the one hand, directly to a monostable multivibrator 33 and, on the other hand, via a delay line 34, whose delay time can be set by any means known in the art1 to a monostable inultivibrator 35.The respective outputs 36,37 of the multivibrators 33 and 35 are connected to amplifiers 38, 39, of which the outputs are connected via the intermediate circuit
R, C 40 and 41 of compensation to identical units 42,43 tripping, au. As shown in FIG. 2.

Comme le montre également la Fig. 3, le circuit de commande 31 comporte en outre un multivibrateur 46 de commande manuelle de déclenchement, qui, par ailleurs, est relié au niveau d'une sortie particulière 47 a un analyseur multicanaux non représenté. As also shown in FIG. 3, the control circuit 31 further comprises a multivibrator 46 manual triggering control, which, moreover, is connected at a particular output 47 to a multichannel analyzer not shown.

Comme le montre la Fig. 2, chaque unité
de déclenchement 42,43 est reliée à un système 48 commun d'a
limentation en énergie basse tension et se compose d'un thy
ristor 49 monté en série avec le montage en parallèle d'un
transformateur d'impulsions 50 et d'un condensateur 51, placé
sous tension constante par le système 48 d'alimentation en
énergie. As shown in FIG. 2, each unit
42.43 trigger is connected to a 48 common system of
low voltage power supply and consists of a thy
ristor 49 connected in series with the parallel connection of a
pulse transformer 50 and a capacitor 51, placed
under constant voltage by the power supply system 48
energy.

Les sorties respectives des unités de déclenchement 42,43, sont reliées par des conducteurs 52, 53, -à-des interrupteurs 54,55 à éclateurs. Ces derniers contiennent chacun un éclateur 56 sur lequel est monté en parallèle un condensateur .57 dont les bornes sont reliées à un circuit 58 d'alimentation à haute tension (de façon typique 10Q0 1400 V), la borne de sortie d'un éclateur 56 et la borne du condensateur 57 associé, non reliée directement à l'éclateur, étant raccordées chacune d une extrémité de la bobine 17 d'ouverture de la vanne ou de la bobine 24 de fermeture de la vanne, pour l'autre interrupteur. The respective outputs of the tripping units 42, 43 are connected by leads 52, 53 to spark gap switches 54, 55. The latter each contain a spark gap 56 on which is connected in parallel a capacitor whose terminals are connected to a high voltage supply circuit 58 (typically 10 × 1400 V), the output terminal of a spark gap 56 and the terminal of the associated capacitor 57, not connected directly to the spark gap, being each connected to one end of the valve opening coil 17 or the valve closing coil 24, for the other switch.

Le fonctionnement du dispositif électrique de commande de la vanne est le suivant
- Le signal impulsionnel de sortie du multivibrateur astable 32 aboutit à un instant T à l'entrée du multivibrateur 33 en y déclenchant l'envoi d'une impulsion d'attaque aboutissant par l'intermédiaire de l'amplificateur 38 du circuit RC 40 et du conducteur 44 à l'unité de déclenchement 42. De même ledit signal aboutit, mais avec le retard AT produit par la ligne à retard 34, dans le multivibrateur 35 en y déclenchant l'envoi d'une impulsion d'attaque aboutissant par l'intermédiaire de l'amplificateur 39 et du circuit RC 41 à l'unité de déclenchement 43.The operation of the electrical control device of the valve is as follows
- The output pulse signal of the astable multivibrator 32 results in a time T at the input of the multivibrator 33 by triggering the sending of a driving pulse ending via the amplifier 38 of the RC circuit 40 and from the conductor 44 to the triggering unit 42. Similarly, said signal terminates, but with the delay AT produced by the delay line 34, in the multivibrator 35 by triggering the sending of an attack pulse leading to the intermediate of the amplifier 39 and the RC circuit 41 to the tripping unit 43.

Ainsi une impulsion attaque à l'instant T l'unité 42 en alimentantle thyristor 49 qui laisse passer un courant impulsionneldans le transformateur d'impulsion 50, ce qui entraine l'envoi d'une impulsion de commande à l'interrupteur 54. Une impulsion, décalée du retard LIT par rapport à la précédente, attaque à l'instant T + AT l'unité 43, ce qui entraîne comme indiqué précédemment, l'envoi d'une impulsion de'commande à l'interrupteur 55. Dans les interrupteurs res pectlfs 54, 55, l'impulsion arrivante provoque la décharge du condensateur 57 associé à faible inductance (2oF) à travers la bobine associée 17, puis 24 (après un retard égal à bT). Thus, a pulse drives the unit 42 at time T by supplying the thyristor 49 which passes a pulse current through the pulse transformer 50, which causes a command pulse to be sent to the switch 54. , offset from the delay LIT with respect to the preceding one, drives the unit 43 at the instant T + AT, which causes, as indicated above, sending a command pulse to the switch 55. In the switches In FIGS. 54, 55, the incoming pulse causes the discharge of the associated low inductance capacitor 57 (2oF) through the associated coil 17, then 24 (after a delay equal to bT).

Le courant de décharge traversant la bobine 17 ou 24 engendre dans le disque 26 de l'obturateur des courants de Foucault, qui ont pour effet de repousser cet obturateur et donc d'ouvrir la vanne à l'instant T, puis de la égermer au bout du retard #T. The discharge current flowing through the coil 17 or 24 generates eddy currents in the shutter disk 26, which have the effect of pushing this shutter and thus opening the valve at the instant T, and then closing it at end of the delay #T.

Les performances que Iron peut attendre d'une source de faisceaux moléculaires pulsés telle que décrite ci-dessus sont par exemple les suivants
- On monte une vanne du type considéré sur une chambre de diffusion à ultravide de manière qu'elle y fournisse un faisceau d'hélium pulsé à partir d'un réservoir d'hélium à 25 bars et on relève les signaux obtenus sur deux détecteurs d'ions situés à 0,65 m et 1,71 m. On règle les tensions de charge des condensaFeurs, ainsi que le retard entre les impulsions d'ouverture et de fermeture de la vanne, de manière à rendre minimas la dispersion des temps en ce qui concerne le second détecteur de faisceau.Les intensités I du faisceau mesurées par les deux détecteurs sont portées sur la
Fig. 4 en unités arbitraires en fonction du temps de vol t en microsecondes, les intensités de pointe des deux signaux étant normalisées de manière à faciliter les comparaisons entre elles.The performance that Iron can expect from a source of pulsed molecular beams as described above are for example the following
A valve of the type considered is mounted on an ultrahigh-pressure diffusion chamber so as to provide a pulsed helium beam therefrom from a 25-bar helium reservoir and the signals obtained are recorded on two detectors; ions located at 0.65 m and 1.71 m. The charging voltages of the condensers as well as the delay between the opening and closing pulses of the valve are adjusted so as to minimize the dispersion of the times with respect to the second beam detector. The intensities I of the beam measured by the two detectors are carried on the
Fig. 4 in arbitrary units as a function of the flight time t in microseconds, the peak intensities of the two signals being normalized so as to facilitate comparisons between them.

On constate alors que, pour le faisceau d'hélium considéré, on obtient une dispersion de vitesse dans le faisceau de #v = 4 % (+ 2,5% )
v tandis que la composante de dispersion des temps d'arrivée due à la durée d'ouverture de la vanne a une valeur de
tLts = 25 s (+ 4 jus). It can be seen that, for the helium beam considered, a speed dispersion in the beam of #v = 4% (+ 2.5%) is obtained.
v while the dispersion component of the arrival times due to the opening time of the valve has a value of
tLts = 25 s (+ 4 juice).

Si l'on règle la vanne sur des durées d'ouverture plus faibles, on obtient une dispersion plus forte des temps d'arrivée sur le détecteur le plus éloigné. Les résultats montrent que, pour les durées d'ouverture de la vanne les plus faibles (t T = 12 s), la dispersion des vitesses dans le faisceau Av / v est d'environ 10%. If the valve is set to shorter opening times, a greater dispersion of the arrival times on the farthest detector is obtained. The results show that, for the weakest opening times of the valve (t T = 12 s), the velocity dispersion in the Av / v beam is about 10%.

Si l'on utilise un détecteurd'ions unique disposé à une distance moyenne de la source, par exemple à 1,20 m, on peut porter sur la Fig. 5 les résultats d'intensité de faisceau mesurés pour différents gaz, par exemple pour de l'hydrogène (courbe H), de l'hélium (courbe He), et du néon (courbe Ne. On peut estimer la dispersion de vitesse dans le plus mauvais cas en supposant que la durée d'ouverture de la vanne ne participe en rien à la dispersion du temps d'arrivée, et les valeurs alors obtenues sont de 6,4 % pour l'hydrogène, 7,5 % pour l'hélium et 4,0 % pour le néon. La trainée prononcée qui prolonge chaque pointe d'intensité vers les temps plus élevés, due à la diffusion par les parois, s' élimine normalement par une meilleure collimation du faisceau comme le montre la Fig. 4. If a single ion detector is used at an average distance from the source, for example at 1.20 m, FIG. The beam intensity results measured for different gases, for example for hydrogen (curve H), helium (curve He), and neon (curve N. It is possible to estimate the velocity dispersion in the worst case assuming that the opening time of the valve does not contribute to the dispersion of the arrival time, and the values then obtained are 6.4% for the hydrogen, 7.5% for the helium and 4.0% for neon The pronounced drag which prolongs each peak of intensity towards the higher times, due to diffusion through the walls, is normally eliminated by a better collimation of the beam as shown in FIG. 4.

Comme déjà indiqué, on peut faire varier la durée d'ouverture de la vanne entre des valeurs qui peuvent aller de 10yus à 100yus, et ceci en réglant le retard entre les impulsions de courant utilisées pour ouvrir et fermer cette vanne. Il convient de noter que la performance optimale ne s'obtient pas nécessairement pour les durées d'ouverture de vanne les plus faibles et ceci est particulièrement vrai dans les e.S iences d rBso ution ele-çe pour lesquelles le détecteur est situé à des distances importantes de la source, -supérieures à 1 m, des durées d'ouverture supérieures de 20 à 30 jus, donnant des faisceaux à distribution de vitesses plus étroite et par conséquent des impulsions présentant une dispersion plus faible des temps d'arrivée sur le détecteur. C'est ainsi que, pour de telles durées d'ouverture modérées de 20 à 30 s, l'intensité d'un faisceau d'atomes d'hélium a une valeur de 1,0-x 1022 atomes/stéradians/sec. As already indicated, it is possible to vary the valve opening time between values which can range from 10yu to 100yu, and this by adjusting the delay between the current pulses used to open and close this valve. It should be noted that optimum performance is not necessarily achieved for the lowest valve opening times and this is particularly true in the case of the high-efficiency sensors for which the detector is located at significant distances. from the source, greater than 1 m, opening times greater than 20 to 30 juices, giving beams with narrower speed distribution and consequently pulses with a lower dispersion of arrival times on the detector. Thus, for such moderate opening times of 20 to 30 seconds, the intensity of a beam of helium atoms has a value of 1.0-x 1022 atoms / steradians / sec.

Claims

1 - Pulsed molecular beam source, of the type consisting of a gas source itself and a rapid valve comprising, on the one hand, a body which defines an inner chamber having a gas inlet and an orifice or outlet nozzle forming a molecular beam emitter and, on the other hand, an electrically conductive shutter member which is mounted substantially movable along the axis of said outlet port between an obturation position thereof. and a withdrawal position, and associated with means for moving said shutter towards its closed position comprising an electric circuit generating current pulses, characterized in that the valve shutter (25) is integral with an electrically conductive annular element (26) has in a plane substantially perpendicular to the direction of movement of the shutter and the displacement means of this shutter member comprise they general pulse circuits (31-42-54, 3143-55) which each comprise a coil (17,24), these coils being arranged in said direction (X-X) liune forward -t the other e. rearward the element -nrTllaire corl-lcteur 1.35), these two circuits having a common pulse trigger control circuit (31), and the circuit 131-43-55) associated with the coil (24) located by relative to the annular element (26) on the opposite side to the outlet (13) having a delay circuit (34).

20) - Source according to claim 1, characterized in that said delay circuit (34) is adjustable delay.

30) - Source according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the shutter member (25) has the shape of a rod whose edge can bear against a seal (14). ) associated with the outlet (13).

40) - Source according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the body (4) of the valve comprises a front block (5) and a central block (6) resting on one another and whose opposing faces comprise facing chambers (16,23) which contain the two coils (17,24), one (5) of two blocks further comprising a second chamber (18) wider, between the first recess (16) and the bearing face (19), and wherein is disposed the periphery of the conductive annular element (26).

50) - Source according to claim 4, characterized in that the central block (6) of the valve body comprises an inner chamber (20) defined by a bottom (21) of this block in which is formed said recess (16) for coil, and which is closed on the opposite side by a cover (9) having a pipe (10) gas inlet.

60) - Source according to claim 5 which depends on claim 3, characterized in that the rod (25) of the obturakur has a rear portion (27) which is slidably mounted in the bottom (21) of the central block and makes protruding inside the inner chamber (20) thereof and rests on an elastic diametrical blade (28)

70) - Source according to claim 6, characterized in that the diametrical blade: elastic (28) is fixed on a nut screwed inside the chamber (20) of the central block (6).

80) - Source according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the pulse triggering control circuit (31) is a pulse series triggering control circuit offset by a delay AT in the time, connected to the coils (17,24) for actuation of the vann-e by parallel symmetrical circuits (42-54, 43-55) each comprising a tripping unit (42,43) supplied with low voltage (48,44, 43-55). ) whose input is connected to the control circuit (31) and whose output controls the discharge switches (54, 55) sending control pulse currents, offset from the delay AT, in the respective coils (17, 24). .

90) - Source according to claim 8, characterized in that the discharge switches (54,55) are each constituted by a spark gap (56) and a capacitor (57) connected in parallel with the series circuit formed by the spark gap ( 56) and the associated coil (17,24) and whose terminals are connected to a high voltage supply circuit (58).

100) - Source according to any one of claims 8 and 9, characterized in that the control circuit (31) is formed by an astable multivibrator (32) whose output signals directly control a monostable multivibrator ( 33) connected by an amplifier (38) to a tripping unit (42) and, on the other hand, via a delay line (34) with adjustable delay to a monostable multivibrator (35) connected to the amplifier (39) to another trip unit (43).