RU189545U1 - ELECTROSTATIC ANALYZER OF ENERGY OF CHARGED PARTICLES - Google Patents

ELECTROSTATIC ANALYZER OF ENERGY OF CHARGED PARTICLES Download PDF

Info

Publication number
RU189545U1
RU189545U1 RU2019106471U RU2019106471U RU189545U1 RU 189545 U1 RU189545 U1 RU 189545U1 RU 2019106471 U RU2019106471 U RU 2019106471U RU 2019106471 U RU2019106471 U RU 2019106471U RU 189545 U1 RU189545 U1 RU 189545U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
segment
external electrode
cylindrical
analyzer
Prior art date
Application number
RU2019106471U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Татьяна Яковлевна Фишкова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority to RU2019106471U priority Critical patent/RU189545U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU189545U1 publication Critical patent/RU189545U1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34—Dynamic spectrometers
    • H01J49/40—Time-of-flight spectrometers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

Анализатор энергии заряженных частиц включает коаксиально расположенные внешний электрод (1) и внутренний цилиндрический заземленный электрод (4), защитный заземленный передний электрод (8), закрепленный на торце внутреннего цилиндрического электрода (4), защитный задний электрод (9), детектор, первый источник питания и второй источник питания. Внешний электрод (1) выполнен из переднего конусного сегмента (2), расширяющегося по ходу заряженных частиц под углом β=(5-20)° относительно оси анализатора, и заднего цилиндрического сегмента (3), выполненного сплошным и электрически соединенного с защитным задним электродом (9) и со вторым источником питания, передний конусный сегмент (2) внешнего электрода (1) состоит из n=(4-5) изолированных частей (5), напряжение на которых возрастает по закону нечетных чисел (2n-1), внутренний цилиндрический электрод (4) снабжен выходными кольцевыми щелями (7), затянутыми металлической сеткой, для пучков заряженных частиц, детектор выполнен в виде плоских электродов (12), подключаемых к многоканальному измерительному устройству и установленных за выходными кольцевыми щелями (7) внутреннего цилиндрического электрода (4) перпендикулярно его оси, длина lизолированных частей (5) переднего конусного сегмента (2) внешнего электрода (1) удовлетворяет соотношению l≤2R, а расстояние sмежду его соседними частями удовлетворяет соотношению s≤0,5R, где R - радиус внутреннего цилиндрического электрода (4). Внутри переднего конусного сегмента (2) внешнего электрода (1) коаксиально ему установлен дополнительный конусный электрод (6), поверхность которого расположена параллельно поверхности переднего конусного сегмента (2) внешнего электрода (1). Расстояние Δ по оси между защитным передним электродом (8) и дополнительным конусным электродом (6), длина lдополнительного конусного электрода (6) и начальный радиус Rдополнительного конусного электрода (6), радиус Rзаднего цилиндрического сегмента (3) внешнего электрода (1), конечный радиус Rпереднего конусного сегмента (2) внешнего электрода (1), длина L анализатора и длина g заднего цилиндрического сегмента (3) внешнего электрода удовлетворяют определенным соотношениям. Электростатический анализатор энергии заряженных частиц при меньших, чем у прототипа габаритах, обеспечивает сохранение разрешающей способности анализатора во всем диапазоне одновременно регистрируемых энергий.The energy analyzer of charged particles includes a coaxially arranged external electrode (1) and an internal cylindrical grounded electrode (4), a protective grounded front electrode (8) fixed at the end of the internal cylindrical electrode (4), a protective rear electrode (9), a detector, the first source power supply and second power supply. The outer electrode (1) is made of a front cone segment (2), expanding along the charged particles at an angle β = (5-20) ° relative to the axis of the analyzer, and the rear cylindrical segment (3), made solid and electrically connected to a protective rear electrode (9) and with the second power source, the front cone segment (2) of the external electrode (1) consists of n = (4-5) insulated parts (5), the voltage on which increases according to the law of odd numbers (2n-1), internal the cylindrical electrode (4) is provided with output annular slots (7), tightened for a beam of charged particles, the detector is made in the form of flat electrodes (12) connected to a multichannel measuring device and installed behind the output annular slits (7) of the internal cylindrical electrode (4) perpendicular to its axis, the length of the insulated front parts (5) conical segment (2) of the external electrode (1) satisfies the relation l≤2R, and the distance s between its neighboring parts satisfies the relation s≤0.5R, where R is the radius of the internal cylindrical electrode (4). Inside the front cone segment (2) of the external electrode (1), an additional cone electrode (6) is installed coaxially with its surface parallel to the surface of the front cone segment (2) of the external electrode (1). The distance Δ along the axis between the protective front electrode (8) and the additional conical electrode (6), the length of the additional additional conical electrode (6) and the initial radius R of the additional conical electrode (6), the radius R of the rear cylindrical segment (3) of the external electrode (1), the final the radius R of the anterior conical segment (2) of the external electrode (1), the length L of the analyzer and the length g of the rear cylindrical segment (3) of the external electrode satisfy certain relations. The electrostatic analyzer of the energy of charged particles with dimensions smaller than that of the prototype ensures that the resolution of the analyzer is kept in the entire range of simultaneously recorded energies.

Description

Полезная модель относится к области энергетического анализа заряженных частиц при быстропротекающих процессах, конкретно, к одновременному измерению энергий вторичных электронов, возбужденных с поверхности твердых тел или биологических объектов, в широком диапазоне их энергий для определения химического состава различных материалов.The utility model relates to the field of energy analysis of charged particles in fast processes, specifically, to simultaneously measure the energies of secondary electrons excited from the surface of solids or biological objects, in a wide range of their energies to determine the chemical composition of various materials.

При энергетическом анализе заряженных частиц чаще всего используют электростатические спектрометры, в которых заряженные частицы различных энергий движутся по одной и той же траектории, а спектр по энергии снимают путем изменения разности потенциалов между электродами системы. Этот процесс занимает много времени, поэтому возникает необходимость одновременного (параллельного) детектирования пучков заряженных частиц различных энергий. Основная проблема состоит в создании распределения электростатического поля, позволяющего одновременно фокусировать электронные потоки с энергиями, различающимися в десятки раз. Для этой цели используют электростатические многоканальные энергоанализаторы (спектрографы), обеспечивающие экспресс анализ состава материалов для технического контроля изделий различных отраслей промышленности.In the energy analysis of charged particles, electrostatic spectrometers are most often used, in which charged particles of different energies move along the same trajectory, and their energy spectrum is taken by changing the potential difference between the electrodes of the system. This process takes a lot of time, so there is a need for simultaneous (parallel) detection of beams of charged particles of different energies. The main problem is to create the distribution of the electrostatic field, which allows simultaneously focusing electron flows with energies that differ tenfold. For this purpose, electrostatic multichannel energy analyzers (spectrographs) are used, which provide an express analysis of the composition of materials for the technical control of products of various industries.

Известен электростатический анализатор энергии заряженных частиц (см. патент RU 169336, МПК H01J 49/00, опубликован 15.03.2017), включающий коаксиально расположенные внешний и внутренний цилиндрические электроды и защитные заземленные электроды, закрепленные на торцах внутреннего цилиндрического электрода, детектор и источник питания. Внешний цилиндрический электрод выполнен из n≥10 цилиндрических электрически изолированных частей одинакового радиуса, подсоединенных к источнику питания, выполненному с возможностью подачи на цилиндрические части внешнего электрода линейно возрастающего напряжения. Внутренний цилиндрический электрод заземлен и снабжен выходными кольцевыми щелями, затянутыми металлической сеткой, для пучков заряженных частиц. Детектор выполнен в виде плоских электродов, установленных за выходными кольцевыми щелями перпендикулярно оси внутреннего цилиндрического электрода и подключенных к многоканальному измерительному устройству.Known electrostatic energy analyzer of charged particles (see patent RU 169336, IPC H01J 49/00, published 03/15/2017), including coaxially located external and internal cylindrical electrodes and protective grounded electrodes attached to the ends of the internal cylindrical electrode, detector and power supply. The outer cylindrical electrode is made of n≥10 cylindrical electrically isolated parts of the same radius, connected to a power source configured to supply a linearly increasing voltage to the cylindrical parts of the outer electrode. The inner cylindrical electrode is grounded and provided with output annular slots, tightened with a metal grid, for beams of charged particles. The detector is made in the form of flat electrodes installed behind the output annular slots perpendicular to the axis of the internal cylindrical electrode and connected to a multi-channel measuring device.

Недостатком известного анализатора являются большие габариты, при этом уменьшение габаритов анализатора приводит к падению его разрешающей способностиThe disadvantage of the known analyzer are large dimensions, while reducing the dimensions of the analyzer leads to a drop in its resolution

Известен электростатический анализатор энергии заряженных частиц (см. патент RU 176329, МПК H01J 49/00, опубликован 17.01.2018), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Анализатор включает коаксиально расположенные внешний электрод и внутренний цилиндрический заземленный электрод, защитный заземленный передний электрод, закрепленный на торце внутреннего цилиндрического электрода, защитный задний электрод, детектор и источник питания. Внешний электрод выполнен из n электрически изолированных частей, (n-1) частей которых подсоединены к первому источнику питания, выполненному с возможностью подачи на части внешнего электрода линейно возрастающего напряжения, внутренний цилиндрический электрод снабжен выходными кольцевыми щелями, затянутыми металлической сеткой, для пучков заряженных частиц, детектор выполнен в виде плоских электродов, подключаемых к многоканальному измерительному устройству и установленных за выходными кольцевыми щелями внутреннего цилиндрического электрода перпендикулярно его оси, длина ln первых по ходу заряженных частиц (n-1) частей внешнего электрода ln удовлетворяет соотношению ln≤2R, а расстояние sn между соседними частями внешнего электрода удовлетворяет соотношению sn≤0,5R, где R - радиус внутреннего цилиндрического электрода. Внешний электрод содержит n=(12-20) электрически изолированных частей и выполнен из переднего конусного сегмента, расширяющегося по ходу заряженных частиц под углом β=(5-20)° относительно оси анализатора, длиной Н, равной (0,5-50,65)⋅L, где L - длина анализатора, и заднего цилиндрического сегмента, последняя изолированная часть которого электрически соединена с защитным задним электродом, выполнена длиной h, удовлетворяющей соотношению h=(5-6)R, и подсоединена ко второму источнику питания.Known electrostatic energy analyzer of charged particles (see patent RU 176329, IPC H01J 49/00, published 01/17/2018), coinciding with the present decision on the largest number of essential features and adopted for the prototype. The analyzer includes a coaxially arranged external electrode and an internal cylindrical grounded electrode, a protective grounded front electrode fixed to the end of the internal cylindrical electrode, a protective rear electrode, a detector, and a power source. The outer electrode is made of n electrically insulated parts, (n-1) of which parts are connected to the first power source, which is designed to supply a linearly increasing voltage to the parts of the outer electrode, the inner cylindrical electrode is provided with output annular slots, tightened with a metal grid, for charged beams The detector is made in the form of flat electrodes connected to a multichannel measuring device and installed behind the inner circular cylindrical holes the electrode is perpendicular to its axis, the length l n of the first along the charged particles (n-1) parts of the external electrode l n satisfies the ratio l n ≤2R, and the distance s n between adjacent parts of the external electrode satisfies the ratio s n ≤ 0.5 R, where R is the radius of the internal cylindrical electrode. The outer electrode contains n = (12-20) electrically isolated parts and is made of an anterior conical segment that expands along the charged particles at an angle β = (5-20) ° relative to the axis of the analyzer, of length H, equal to (0.5-50, 65) ⋅L, where L is the length of the analyzer, and the rear cylindrical segment, the last isolated part of which is electrically connected to the protective back electrode, is made of length h, satisfying the relation h = (5-6) R, and connected to the second power source.

Недостатком известного анализатора являются большие габариты, при этом уменьшение габаритов анализатора приводит к падению его дисперсии по энергии и как следствие к падению разрешающей способности.The disadvantage of the known analyzer are large dimensions, while reducing the dimensions of the analyzer leads to a drop in its energy dispersion and as a result to a decrease in resolution.

Задачей настоящей полезной модели является разработка электростатического анализатора энергии заряженных частиц, который бы при меньших габаритах обеспечивал бы сохранение разрешающей способности анализатора во всем диапазоне одновременно регистрируемых энергий.The objective of this utility model is to develop an electrostatic energy analyzer of charged particles, which, with smaller dimensions, would ensure the preservation of the analyzer resolution in the entire range of simultaneously recorded energies.

Поставленная задача решается тем, что настоящий анализатор энергии заряженных частиц включает коаксиально расположенные внешний электрод и внутренний цилиндрический заземленный электрод, защитный заземленный передний электрод, закрепленный на торце внутреннего цилиндрического электрода, защитный задний электрод, детектор, первый источник питания и второй источник питания. Внешний электрод выполнен из переднего конусного сегмента, расширяющегося по ходу заряженных частиц под углом β=(5-20)° относительно оси анализатора, и заднего цилиндрического сегмента, электрически соединенного с защитным задним электродом и со вторым источником питания, передний конусный сегмент внешнего электрода состоит из n электрически изолированных частей, которые подсоединены к первому источнику питания, выполненному с возможностью подачи на части внешнего электрода возрастающего напряжения, внутренний цилиндрический электрод снабжен выходными кольцевыми щелями, затянутыми металлической сеткой, для пучков заряженных частиц, детектор выполнен в виде плоских электродов, подключаемых к многоканальному измерительному устройству и установленных за выходными кольцевыми щелями внутреннего цилиндрического электрода перпендикулярно его оси, длина ln изолированных частей переднего конусного сегмента внешнего электрода удовлетворяет соотношению ln≤2R, а расстояние sn между его соседними частями удовлетворяет соотношению sn≤0,5R, где R - радиус внутреннего цилиндрического электрода. Новым в конструкции настоящего анализатора является то, что передний конусный сегмент внешнего электрода состоит из n=(4-5) изолированных частей, напряжение на которых возрастает по закону нечетных чисел (2n-1), внутри переднего конусного сегмента внешнего электрода коаксиально ему установлен дополнительный конусный электрод, поверхность которого расположена параллельно поверхности переднего конусного сегмента внешнего электрода, задний цилиндрический сегмент внешнего электрода выполнен сплошным, при этом расстояние Δ по оси между защитным передним электродом и дополнительным конусным электродом, длина ld дополнительного конусного электрода, начальный радиус Rd дополнительного конусного электрода, радиус Ra заднего цилиндрического сегмента внешнего электрода, конечный радиус R2 переднего конусного сегмента внешнего электрода, длина L анализатора и длина g заднего цилиндрического сегмента удовлетворяют соотношениям:The problem is solved in that the present energy analyzer of charged particles includes a coaxially arranged outer electrode and an inner cylindrical grounded electrode, a protective grounded front electrode fixed to the end of the inner cylindrical electrode, a protective back electrode, a detector, a first power source and a second power source. The outer electrode is made of a front cone segment, expanding along the charged particles at an angle β = (5-20) ° relative to the axis of the analyzer, and a rear cylindrical segment electrically connected to a protective rear electrode and a second power source, the front cone segment of the external electrode consists of n electrically isolated parts that are connected to the first power source, configured to supply an increasing voltage to the parts of the external electrode, an internal cylindrical electro provided downstream annular slits tightened metal mesh for charged particle beams, the detector is in the form of planar electrodes connected to a multichannel measurement device and set for the output annular slits of the inner cylindrical electrode perpendicularly to its axis, the length l n of isolated parts of the front tapered segment of the outer electrode satisfies the ratio l n ≤2R, and the distance s n between its neighboring parts satisfies the relation s n ≤ 0.5 R, where R is the radius of the inner cylindrical ical electrode. New in the design of this analyzer is that the front cone segment of the external electrode consists of n = (4-5) isolated parts, the voltage on which increases according to the law of odd numbers (2n-1), inside the front cone segment of the external electrode is installed coaxially a conical electrode, the surface of which is parallel to the surface of the front cone segment of the external electrode, the rear cylindrical segment of the external electrode is made solid, and the distance Δ along the axis between the protection the front electrode and the additional cone electrode, the length l d of the additional cone electrode, the initial radius R d of the additional cone electrode, the radius R a of the rear cylindrical segment of the external electrode, the final radius R 2 of the front cone segment of the external electrode, the length L of the analyzer and the length g of the rear cylindrical segment satisfy ratios:

Δ=(0,05-0,10)R;Δ = (0.05-0.10) R;

ld=(0,15-0,25)R;l d = (0.15-0.25) R;

Rd=(l,2-1,3)R;R d = (l, 2-1,3) R;

Ra=(3,9-4,1)R;R a = (3.9-4.1) R;

R2=(0,92-0,94)Ra;R 2 = (0.92-0.94) R a ;

L=(10-12)R;L = (10-12) R;

g>(L-G), где G - длина переднего конусного сегмента внешнего электрода.g> (L-G), where G is the length of the front cone segment of the external electrode.

Такая конструкция анализатора энергии заряженных частиц с указанными выше параметрами имеет значительно меньшие размеры по сравнению с анализатором-прототипом, а введение дополнительного конусного электрода позволяет сохранить разрешающую способность анализатора при уменьшении габаритов во всем диапазоне одновременно регистрируемых энергий.This design of the energy analyzer of charged particles with the above parameters has significantly smaller dimensions compared to the prototype analyzer, and the introduction of an additional conical electrode allows the analyzer to maintain resolution while reducing dimensions throughout the entire range of simultaneously recorded energies.

Настоящий анализатор энергии заряженных частиц длиной L поясняется чертежом, где показана его конструкция. Анализатор содержит внешний электрод 1, выполненный из переднего конусного сегмента 2 длиной G, расширяющегося по ходу заряженных частиц под углом β=(5-20)° относительно оси z анализатора, и заднего цилиндрического сегмента 3 радиусом Ra и длиной g, выполненного сплошным, и коаксиально расположенный внутренний заземленный цилиндрический электрод 4 радиусом R. Передний конусный сегмент 2 состоит из n=(4-5) электрически изолированных частей 5, которые подсоединены к первому источнику питания (на чертеже не показан) и напряжение на которых возрастает по закону нечетных чисел (2n-1). Длина ln изолированных частей 5 переднего конусного сегмента 2 внешнего электрода 1 удовлетворяет соотношению ln≤2R, а расстояние sn между его соседними частями удовлетворяет соотношению sn≤0,5R. Внутри переднего конусного сегмента 2 внешнего электрода 1 коаксиально ему установлен дополнительный конусный электрод 6, поверхность которого расположена параллельно поверхности переднего конусного сегмента 2. На торце внутреннего заземленного цилиндрического электрода 4, снабженного выходными кольцевыми щелями 7, затянутыми металлической сеткой, для пучков заряженных частиц, закреплен защитный заземленный передний электрод 8. Задний цилиндрический сегмент 3 электрически соединен с защитным задним электродом 9 и вторым источником питания (на чертеже не показан). Исследуемый объект 10 (источник заряженных частиц) расположен на оси z перед входным отверстием 11 защитного заземленного переднего электрода 8. Детектор выполнен в виде плоских электродов 12, подключаемых к многоканальному измерительному устройству (на чертеже не показан) и установленных за выходными кольцевыми щелями 7 внутреннего заземленного цилиндрического электрода 4 перпендикулярно его оси. Расстояние Δ по оси между защитным заземленным передним электродом 8 и дополнительным конусным электродом 6, длина ld дополнительного конусного электрода 6 и его начальный радиус Rd, радиус Ra заднего цилиндрического сегмента 3 внешнего электрода 1, конечный радиус R2 переднего конусного сегмента 2 внешнего электрода 1, длина L анализатора и длина g заднего цилиндрического сегмента удовлетворяют соотношениям:This analyzer of energy of charged particles of length L is illustrated by a drawing, which shows its construction. The analyzer contains an outer electrode 1 made of a front cone segment 2 of length G, expanding along the course of charged particles at an angle β = (5-20) ° relative to the z axis of the analyzer, and a rear cylindrical segment 3 of radius R a and length g, made solid, and coaxially located inner grounded cylindrical electrode 4 of radius R. The front taper segment 2 consists of n = (4-5) electrically isolated parts 5, which are connected to the first power source (not shown in the drawing) and the voltage on which increases by the law of odd numbers (2n-1). The length l n of the isolated parts 5 of the anterior conical segment 2 of the external electrode 1 satisfies the relation l n ≤2R, and the distance s n between its adjacent parts satisfies the relation s n ≤ 0.5R. Inside the front cone segment 2 of the external electrode 1, an additional cone electrode 6 is installed coaxially with its surface parallel to the surface of the front cone segment 2. At the end of the internal grounded cylindrical electrode 4, equipped with outlet annular slots 7, tightened with a metal grid, for charged particle beams, is fixed protective grounded front electrode 8. The rear cylindrical segment 3 is electrically connected to the protective rear electrode 9 and the second source pi anija (not shown in the drawing). The object under study 10 (the source of charged particles) is located on the z axis in front of the inlet 11 of the protective grounded front electrode 8. The detector is made in the form of flat electrodes 12 connected to a multichannel measuring device (not shown) and installed behind the output annular slots 7 of the internal grounded cylindrical electrode 4 perpendicular to its axis. The distance Δ along the axis between the protective grounded front electrode 8 and the additional conical electrode 6, the length l d of the additional conical electrode 6 and its initial radius R d , the radius R a of the rear cylindrical segment 3 of the outer electrode 1, the final radius R 2 of the front cone segment 2 of the outer electrode 1, the length L of the analyzer and the length g of the rear cylindrical segment satisfy the relations:

Δ=(0,05-0,10)R;Δ = (0.05-0.10) R;

ld=(0,15-0,25)R;l d = (0.15-0.25) R;

Rd=(l,2-1,3)R;R d = (l, 2-1,3) R;

Ra=(3,9-4,1)R;R a = (3.9-4.1) R;

R2=(0,92-0,94)Ra;R 2 = (0.92-0.94) R a ;

L=(10-12)R;L = (10-12) R;

g>(L-G).g> (L-G).

Настоящий анализатор энергии заряженных частиц работает следующим образом. Из источника 10 заряженных частиц, облучаемого потоком электронов либо рентгеновских квантов, вылетают пучки вторичных электронов, либо фотоэлектронов различных энергий, которые через входное отверстие 11 защитного заземленного переднего электрода 8 попадают в отклоняющее и одновременно фокусирующее электростатическое поле, создаваемое тормозящими электроны отрицательными потенциалами Vn на электрически изолированных частях 5 переднего конусного сегмента 2 внешнего электрода 1 и отрицательным потенциалом Vt заднего цилиндрического сегмента 3 внешнего электрода 1, который электрически соединен с защитным задним электродом 9. Тормозящие отрицательные потенциалы Vn и Vt определяются из условий фокусировки на внутренний заземленный цилиндрический электрод 4 пучков вторичных электронов различных энергий, исходящих из исследуемого объекта (источника заряженных частиц 10). Величины потенциалов разрезанного на части переднего конусного сегмента 2 внешнего электрода 1 меняются по простому закону нечетных чисел Vn=V1(2n-1), где V1 - потенциал первой части переднего конусного сегмента 2, отсчитываемой от переднего заземленного защитного электрода 8. Электростатическое поле, величина которого определяется оптимальными геометрическими и электрическими параметрами анализатора, фокусирует пучки электронов различных энергий в строго определенные выходные затянутые металлической сеткой кольцевые щели 7 во внутреннем заземленном цилиндрическом электроде 4. Далее эти пучки попадают на плоские электроды 12, установленные за выходными кольцевыми щелями 7 перпендикулярно оси внутреннего заземленного цилиндрического электрода 4 и подключенные к многоканальному измерительному устройству.This analyzer energy of charged particles works as follows. From the source 10 of charged particles irradiated by a stream of electrons or X-ray quanta, beams of secondary electrons or photoelectrons of different energies fly out, which through the entrance opening 11 of the protective grounded front electrode 8 fall into the deflecting and simultaneously focusing electrostatic field created by the negative potentials V n electrically insulated parts 5 of the front cone segment 2 of the outer electrode 1 and the negative potential V t of the rear cylindrical with The segment 3 of the external electrode 1, which is electrically connected to the protective back electrode 9. The braking negative potentials V n and V t are determined from the conditions of focusing on the internal grounded cylindrical electrode 4 beams of secondary electrons of different energies emanating from the object under study (source of charged particles 10). The magnitudes of the potentials of the front cone segment 2 of the external electrode 1 cut into parts vary according to the simple law of odd numbers V n = V 1 (2n-1), where V 1 is the potential of the first part of the front cone segment 2 measured from the front grounded protective electrode 8. Electrostatic the field, the value of which is determined by the optimal geometric and electrical parameters of the analyzer, focuses beams of electrons of various energies into well-defined output gaps 7 covered with a metal grid grounded cylindrical electrode 4. Next, these beams fall on the flat electrodes 12, mounted behind the output annular slots 7 perpendicular to the axis of the internal grounded cylindrical electrode 4 and connected to a multichannel measuring device.

Пример. Был создан электростатический анализатор энергии заряженных частиц длиной L=10,5R, габариты которого вдвое меньше, чем у прототипа. В анализаторе передний конусный сегмент внешнего электрода состоит из 4 электрически изолированных частей длиной ln=1,5R, расположенных на расстояниях sn=0,25R друг от друга. Передний конусный сегмент внешнего электрода длиной G=6.75R расширяется по ходу движения заряженных частиц под углом β=10 градусов относительно оси анализатора и подсоединен к первому источнику питания, выполненному с возможностью подачи возрастающего напряжения на его части по закону нечетных чисел. Задний цилиндрический сегмент внешнего электрода радиусом Ra=4R имеет длину g=3,75R и электрически соединен с плоским задним защитным электродом. Для обеспечения фокусировки пучков электронов и как следствие увеличения разрешающей способности анализатора по энергии введен дополнительный конусный электрод, расположенный на расстоянии Δ=0,07R от защитного заземленного переднего электрода с начальным радиусом Rd=l,25R длинной ld=0,2R, поверхность которого параллельна поверхности переднего конусного сегмента внешнего электрода. В этом случае потенциал V1 на первой части переднего конусного сегмента внешнего электрода, обеспечивающий условия фокусировки, равен V1=4,4(Emin/e), где Emin - минимальная энергия пучков заряженных частиц, эВ, е - заряд частицы, Кл. Потенциалы на последующих частях переднего конусного сегмента внешнего электрода соответственно равны: V2=3V1, V3=5V1, V4=7V1. Численные расчеты по определению потенциала Vt заднего цилиндрического сегмента внешнего электрода, электрически соединенного с задним защитным электродом, который способствует обеспечению острой фокусировки пучков больших энергий на внутренний заземленный цилиндрический электрод, показали, что величина Vt=10V1. Детектор выполнен в виде 7 плоских электродов, подключаемых к многоканальному измерительному устройству и установленных за выходными кольцевыми щелями внутреннего заземленного цилиндрического электрода перпендикулярно его оси. Для всего диапазона энергий найдены положения точек фокусировки на внутренний цилиндрический электрод. При указанных выше параметрах электростатический анализатор энергии заряженных частиц обеспечивает параллельный (одновременный) анализ вторичных электронов с разрешением по энергии ρ=5Е/Е, составляющим ρ=(5-9)×10-3 во всем диапазоне одновременно регистрируемых энергий равном E=(1-50) Emin, т.е. величина разрешения по энергии настоящего анализатора во всем диапазоне одновременно регистрируемых энергий одинаковы с анализатором-прототипом, а габариты настоящего анализатора в два раза меньше.Example. An electrostatic energy analyzer of charged particles with a length of L = 10.5R was created, the dimensions of which are half the size of the prototype. In the analyzer, the front cone segment of the external electrode consists of 4 electrically isolated parts of length l n = 1.5R located at distances s n = 0.25R from each other. The front cone segment of the external electrode with a length of G = 6.75R expands along the motion of charged particles at an angle β = 10 degrees relative to the axis of the analyzer and is connected to the first power source capable of supplying increasing voltage to its part according to the law of odd numbers. The rear cylindrical segment of the external electrode of radius R a = 4R has a length of g = 3.75 R and is electrically connected to a flat rear protective electrode. To ensure the focusing of electron beams and as a result of increasing the resolution of the analyzer's energy, an additional cone electrode is placed, located at a distance of Δ = 0.07R from a protective grounded front electrode with an initial radius R d = l, 25R long l d = 0.2R, surface which is parallel to the surface of the anterior conical segment of the external electrode. In this case, the potential V 1 on the first part of the front cone segment of the external electrode, which provides focusing conditions, is equal to V 1 = 4.4 (E min / e), where E min is the minimum energy of charged particle beams, eV, e is the particle charge, Cl. The potentials on the subsequent parts of the front cone segment of the external electrode are respectively equal: V 2 = 3V 1 , V 3 = 5V 1 , V 4 = 7V 1 . Numerical calculations to determine the potential V t of the rear cylindrical segment of the external electrode electrically connected to the rear protective electrode, which helps to ensure sharp focusing of high-energy beams on the internal grounded cylindrical electrode, showed that the value of V t = 10V 1 . The detector is made in the form of 7 flat electrodes connected to a multichannel measuring device and installed behind the output annular slots of the internal grounded cylindrical electrode perpendicular to its axis. For the entire energy range, the positions of the focal points on the inner cylindrical electrode are found. With the above parameters, the electrostatic analyzer of the energy of charged particles provides a parallel (simultaneous) analysis of secondary electrons with an energy resolution of ρ = 5E / E constituting ρ = (5-9) × 10 -3 over the entire range of simultaneously recorded energies equal to E = (1 -50) E min , i.e. the energy resolution of the present analyzer in the entire range of simultaneously recorded energies is the same with the prototype analyzer, and the dimensions of this analyzer are two times smaller.

Claims (8)

Электростатический анализатор энергии заряженных частиц, включающий коаксиально расположенные внешний электрод и внутренний цилиндрический заземленный электрод, защитный заземленный передний электрод, закрепленный на торце внутреннего цилиндрического электрода, защитный задний электрод, детектор, первый источник питания и второй источник питания, внешний электрод выполнен из переднего конусного сегмента, расширяющегося по ходу заряженных частиц под углом β=(5-20)° относительно оси анализатора, и заднего цилиндрического сегмента, электрически соединенного с защитным задним электродом и со вторым источником питания, передний конусный сегмент внешнего электрода состоит из n электрически изолированных частей, которые подсоединены к первому источнику питания, выполненному с возможностью подачи на части внешнего электрода возрастающего напряжения, внутренний цилиндрический электрод снабжен выходными кольцевыми щелями, затянутыми металлической сеткой, для пучков заряженных частиц, детектор выполнен в виде плоских электродов, подключаемых к многоканальному измерительному устройству и установленных за выходными кольцевыми щелями внутреннего цилиндрического электрода перпендикулярно его оси, длина ln изолированных частей переднего конусного сегмента внешнего электрода удовлетворяет соотношению ln≤2R, а расстояние sn между его соседними частями удовлетворяет соотношению sn≤0,5R, где R - радиус внутреннего цилиндрического электрода, отличающийся тем, что передний конусный сегмент внешнего электрода состоит из n=(4-5) изолированных частей, напряжение на которых возрастает по закону нечетных чисел (2n-1), внутри переднего конусного сегмента внешнего электрода коаксиально ему установлен дополнительный конусный электрод, поверхность которого расположена параллельно поверхности переднего конусного сегмента внешнего электрода, задний цилиндрический сегмент внешнего электрода выполнен сплошным, при этом расстояние Δ по оси между защитным передним электродом и дополнительным конусным электродом, длина ld дополнительного конусного электрода и начальный радиус Rd дополнительного конусного электрода, радиус Ra заднего цилиндрического сегмента внешнего электрода, конечный радиус R2 переднего конусного сегмента внешнего электрода, длина L анализатора и длина g заднего цилиндрического сегмента внешнего электрода удовлетворяют соотношениям:Electrostatic energy analyzer of charged particles, including a coaxially arranged external electrode and an internal cylindrical grounded electrode, a protective grounded front electrode fixed to the end of the internal cylindrical electrode, a protective rear electrode, a detector, a first power source and a second power source, the external electrode is made of a front cone segment expanding along the course of charged particles at an angle β = (5-20) ° relative to the axis of the analyzer, and the rear cylindrical segment, el The front cone segment of the external electrode, which is connected electrically to the protective rear electrode and the second power source, consists of n electrically isolated parts that are connected to the first power source, which is capable of supplying an increasing voltage to the parts of the external electrode, the internal cylindrical electrode is provided with output annular slots, tightened by a metal grid, for charged particle beams, the detector is made in the form of flat electrodes connected to a multichannel meter flax apparatus and set for the output slit of the inner cylindrical annular electrode is perpendicular to its axis, the length l n of isolated parts of the front tapered segment of the outer electrode satisfies the relation l n ≤2R, s n and the distance between its adjacent portions satisfies s n ≤0,5R, wherein R is the radius of the internal cylindrical electrode, characterized in that the front conical segment of the external electrode consists of n = (4-5) isolated parts, the voltage on which increases according to the law of odd numbers (2n-1), inside the front cone segment of the outer electrode coaxially it has an additional cone electrode, the surface of which is parallel to the surface of the front cone segment of the external electrode, the rear cylindrical segment of the external electrode is solid, and the distance Δ along the axis between the protective front electrode and the additional cone electrode, length l d an additional taper of the electrode and the initial radius R d of additional conical electrode radius R a rear cylindrical seg cient outer electrode, a finite radius R 2 of the front conical segment external electrode length L and the length g analyzer rear cylindrical segment external electrode satisfy the relations: Δ=(0,05-0,10)R;Δ = (0.05-0.10) R; ld=(0,15-0,25)R;l d = (0.15-0.25) R; Rd=(1,2-1,3)R;R d = (1.2-1.3) R; Ra=(3,9-4,1)R;R a = (3.9-4.1) R; R2=(0,92-0,94)Ra;R 2 = (0.92-0.94) R a ; L=(10-12)R;L = (10-12) R; g>(L-G), где G - длина переднего конусного сегмента внешнего электрода.g> (L-G), where G is the length of the front cone segment of the external electrode.
RU2019106471U 2019-03-06 2019-03-06 ELECTROSTATIC ANALYZER OF ENERGY OF CHARGED PARTICLES RU189545U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106471U RU189545U1 (en) 2019-03-06 2019-03-06 ELECTROSTATIC ANALYZER OF ENERGY OF CHARGED PARTICLES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106471U RU189545U1 (en) 2019-03-06 2019-03-06 ELECTROSTATIC ANALYZER OF ENERGY OF CHARGED PARTICLES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU189545U1 true RU189545U1 (en) 2019-05-28

Family

ID=66792582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019106471U RU189545U1 (en) 2019-03-06 2019-03-06 ELECTROSTATIC ANALYZER OF ENERGY OF CHARGED PARTICLES

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU189545U1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU169336U1 (en) * 2016-06-06 2017-03-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук ELECTROSTATIC CHARGED PARTICLE ENERGY ANALYZER
WO2017075470A1 (en) * 2015-10-28 2017-05-04 Duke University Mass spectrometers having segmented electrodes and associated methods
RU176329U1 (en) * 2017-05-03 2018-01-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук ELECTROSTATIC CHARGED PARTICLE ENERGY ANALYZER

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017075470A1 (en) * 2015-10-28 2017-05-04 Duke University Mass spectrometers having segmented electrodes and associated methods
RU169336U1 (en) * 2016-06-06 2017-03-15 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук ELECTROSTATIC CHARGED PARTICLE ENERGY ANALYZER
RU176329U1 (en) * 2017-05-03 2018-01-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук ELECTROSTATIC CHARGED PARTICLE ENERGY ANALYZER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69910986T2 (en) Atmospheric particle analyzer
EP2539918B1 (en) Mass spectrometers and methods of ion separation and detection
CN104160474A (en) Method and apparatus for improved sensitivity in a mass spectrometer
DE2420275C3 (en) Device for analyzing a surface layer by ion scattering
DE2458025C2 (en) Analysis device for a surface layer
US2769910A (en) Mass spectrometer
CN106597520B (en) Triple channel runaway electron spectral measurement device under a kind of nanosecond pulse discharge
RU189545U1 (en) ELECTROSTATIC ANALYZER OF ENERGY OF CHARGED PARTICLES
DE2340372A1 (en) DOUBLE FOCUSING MASS SPECTROMETER HIGH ENTRANCE APERTURE
Kozyrev et al. Radiation from a diffuse corona discharge in atmospheric-pressure air
RU169336U1 (en) ELECTROSTATIC CHARGED PARTICLE ENERGY ANALYZER
US7518105B2 (en) Continuous sampling ion mobility spectrometers and methods therefor
RU176329U1 (en) ELECTROSTATIC CHARGED PARTICLE ENERGY ANALYZER
DE2705430B2 (en) Electrostatic analyzer for charged particles
RU136237U1 (en) ANALYZER OF ENERGIES AND MASSES OF CHARGED PARTICLES
GB2426120A (en) A reflectron for use in a three-dimensional atom probe
US4100409A (en) Device for analyzing a surface layer by means of ion scattering
CN112366129B (en) High-resolution time-of-flight mass spectrometer
JP7342687B2 (en) Ion current measuring device
RU2294579C1 (en) Analyzer of energies of charged particles
RU120512U1 (en) ELECTROSTATIC CHARGED PARTICLE ENERGY ANALYZER
RU172272U1 (en) A device for studying the parameters of micrometeorites and particles of space debris
Fishkova Electrostatic spectrograph with a wide range of simultaneously recorded energies composed of two coaxial electrodes with closed end faces and a discrete combined external electrode
DE2402728C3 (en) Device for analyzing a surface layer by ion scattering
RU2504044C2 (en) Cyclic mass-spectrometer of gas particles