RU205154U1 - LOW ENERGY SPACE PARTICLE ANALYZER - Google Patents
LOW ENERGY SPACE PARTICLE ANALYZER Download PDFInfo
- Publication number
- RU205154U1 RU205154U1 RU2020139706U RU2020139706U RU205154U1 RU 205154 U1 RU205154 U1 RU 205154U1 RU 2020139706 U RU2020139706 U RU 2020139706U RU 2020139706 U RU2020139706 U RU 2020139706U RU 205154 U1 RU205154 U1 RU 205154U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- analyzer
- particles
- charged particles
- energy
- electrodes
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/44—Energy spectrometers, e.g. alpha-, beta-spectrometers
- H01J49/46—Static spectrometers
- H01J49/48—Static spectrometers using electrostatic analysers, e.g. cylindrical sector, Wien filter
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
Заявляемая полезная модель относится к области физики, в частности, к спектрометрической технике, и может быть использована для регистрации заряженных частиц в космическом пространстве. Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении возможности регистрации количества заряженных частиц и энергетического спектра регистрируемых заряженных частиц в телесном угле, определяемом геометрическими параметрами анализатора (в диапазоне +/- 20° по оси входной щели корпуса анализатора) в условиях космического пространства (ионосфере Земли) в диапазоне энергий от 50 эВ до 20 кэВ.Заявленный технический результат достигается тем, что в анализаторе космических частиц низких энергий, включающем сепарирующую часть, обеспечивающую сепарацию частиц электростатическим полем, снабженную входным и выходным окнами для обеспечения прохождения сепарируемых частиц, и регистрирующую часть, обеспечивающую регистрацию тока частиц, при этом сепарирующая часть выполнена в виде разъемного корпуса, внутри которого через изолирующие элементы последовательно и осесимметрично установлены и сопряжены между собой три пары коаксиально расположенных внешнего и внутреннего электродов, при этом внутренняя поверхность внешнего электрода и внешняя поверхность внутреннего электрода имеют форму тела вращения, входное и выходное окна расположены в нижнем и верхнем торцах корпуса, соответственно, и выполнены в виде щелевых отверстий, а регистрирующая часть анализатора сопряжена с верхним торцом корпуса и представляет собой закрепленные на кронштейне вторичный электронный умножитель с платой усилителя-преобразователя, обеспечивающих регистрацию распределения заряженных частиц по энергии на выходе из сепарирующей части, и высоковольтными платами питания.The claimed utility model relates to the field of physics, in particular, to spectrometric technology, and can be used to register charged particles in outer space. The technical result achieved with the use of the claimed utility model is to ensure the possibility of recording the number of charged particles and the energy spectrum of the registered charged particles in a solid angle determined by the geometric parameters of the analyzer (in the range of +/- 20 ° along the axis of the inlet slit of the analyzer body) in space conditions. space (the Earth's ionosphere) in the energy range from 50 eV to 20 keV. The claimed technical result is achieved by the fact that in the analyzer of cosmic particles of low energies, including a separating part that provides separation of particles by an electrostatic field, equipped with input and output windows to ensure the passage of separated particles, and a recording part, providing registration of the particle current, while the separating part is made in the form of a split case, inside which, through insulating elements, three pairs of coaxially located in external and internal electrodes, while the inner surface of the outer electrode and the outer surface of the inner electrode have the shape of a body of revolution, the inlet and outlet windows are located in the lower and upper ends of the housing, respectively, and are made in the form of slot holes, and the recording part of the analyzer is mated with the upper end housing and represents a secondary electron multiplier fixed on a bracket with an amplifier-converter board that ensures registration of the distribution of charged particles by energy at the exit from the separating part, and high-voltage power boards.
Description
Область техникиTechnology area
Заявляемая полезная модель относится к области физики, в частности, к спектрометрической технике, и может быть использована для регистрации заряженных частиц в космическом пространстве. The claimed utility model relates to the field of physics, in particular, to spectrometric technology, and can be used to register charged particles in outer space.
Заявляемый анализатор космических частиц низких энергий предназначен для изучения энергетического распределения заряженных частиц в условиях космического пространства в диапазоне энергий от 50 эВ до 20 кэВ, и может быть использован в качестве отдельного узла, устанавливаемого на космические аппараты, в том числе, кубсаты.The inventive analyzer of low-energy space particles is designed to study the energy distribution of charged particles in outer space in the energy range from 50 eV to 20 keV, and can be used as a separate unit installed on spacecraft, including cubesats.
Предшествующий уровень техникиPrior art
Электростатические анализаторы широко применяются при решении современных исследовательских задач в самых разных областях науки, от радиационной медицины и биофизики до космических исследований. Это способствует появлению новых и развитию предыдущих разработок и исследований, связанных с теорией и практикой применения подобных анализаторов. Electrostatic analyzers are widely used in solving modern research problems in various fields of science, from radiation medicine and biophysics to space research. This contributes to the emergence of new and development of previous developments and research related to the theory and practice of using such analyzers.
Дисперсионные электростатические анализаторы представляют собой набор электродов, обеспечивающих заданное распределение в пространстве не зависящего от времени электрического поля. Принцип их действия основан на разделении в пространстве пучков частиц различных энергий после прохождения сквозь поле анализатора. Dispersive electrostatic analyzers are a set of electrodes that provide a given distribution in space of a time-independent electric field. Their principle of operation is based on the separation in space of particle beams of different energies after passing through the analyzer field.
Из уровня техники известен «Электростатический анализатор энергии заряженных частиц» (патент РФ № 2086037), представляющий дисперсионный электростатический анализатор типа "цилиндрическое зеркало". Данное устройство помимо, собственно, анализатора содержит также источник ионизирующего излучения (электронную пушку), что обеспечивает возможность его для наземного использования в микроскопии.From the prior art known "Electrostatic analyzer of energy of charged particles" (RF patent No. 2086037), representing a dispersive electrostatic analyzer of the "cylindrical mirror" type. This device, in addition to the analyzer itself, also contains a source of ionizing radiation (electron gun), which makes it possible for ground use in microscopy.
Недостатками данного устройства являются его габариты, излишняя масса, а также наличие дополнительных узлов, что в совокупности затрудняет возможность его использования в качества анализатора на космическом аппарате. К дополнительным недостаткам можно также отнести малый угол захвата частиц и высокие требования к точности изготовления.The disadvantages of this device are its dimensions, excessive weight, as well as the presence of additional units, which together make it difficult to use it as an analyzer on a spacecraft. Additional disadvantages include a small angle of capture of particles and high requirements for manufacturing accuracy.
Известно «Устройство для разделения заряженных частиц по энергиям» (патент РФ № 2187171), содержащее вакуумную камеру, в которой установлены источник заряженных частиц, приемники заряженных частиц и сепаратор заряженных частиц, образованный двумя парами пластинчатых элементов, являющихся конденсаторами, изогнутых в поперечном сечении по участкам окружных образующих концентричных полых цилиндров и изогнутых в продольном сечении по дугам круговых орбит низкоэнергетических заряженных частиц, расположенными пересекающимися так, что их электрические поля размещены в пересекающихся направлениях с образованием единого электрического поля, представляющего для заряженных частиц электрический барьер. Достоинством данного анализатора является повышение селективности при разделении заряженных частиц по энергиям и снижение материалоемкости устройства вследствие уменьшения длины зоны разделения заряженных частиц, приводящее к соответствующему уменьшению размеров и массы устройства. It is known "A device for separating charged particles by energy" (RF patent No. 2187171), containing a vacuum chamber in which a source of charged particles, receivers of charged particles and a separator of charged particles formed by two pairs of plate elements, which are capacitors, bent in cross section along sections of circular generatrices of concentric hollow cylinders and low-energy charged particles bent in longitudinal section along arcs of circular orbits, arranged intersecting so that their electric fields are located in intersecting directions with the formation of a single electric field, which represents an electric barrier for charged particles. The advantage of this analyzer is an increase in selectivity in the separation of charged particles by energy and a decrease in the material consumption of the device due to a decrease in the length of the separation zone of charged particles, leading to a corresponding decrease in the size and weight of the device.
Недостатком данного устройства являются высокая сложность изготовления и малые углы захвата.The disadvantages of this device are the high complexity of manufacturing and small angles of capture.
Известен «Анализатор энергий заряженных частиц» (патент РФ № 2294579), который содержит образец (эмитирующий заряженные частицы), наружный электрод и внутренний электрод с двумя кольцевыми щелями и детектирующую систему. Аксиальный и радиальный градиенты потенциала поля энергоанализатора согласованы вдоль пути следования заряженных частиц заданием соответствующей конфигурации эквипотенциальных поверхностей электродов анализатора. Достоинством данного устройства является простота конструкции и более высокое разрешение по сравнению с анализатором типа "цилиндрическое зеркало". Known "Analyzer of energies of charged particles" (RF patent No. 2294579), which contains a sample (emitting charged particles), an outer electrode and an inner electrode with two annular slits and a detection system. The axial and radial gradients of the field potential of the energy analyzer are matched along the path of charged particles by setting the appropriate configuration of the equipotential surfaces of the analyzer electrodes. The advantage of this device is its simplicity of design and higher resolution in comparison with the analyzer of the "cylindrical mirror" type.
Недостатками данного анализатора является худшее разрешение по сравнению со сферическими анализаторами, несмотря на заявленное лучшее разрешение в сравнение с полусферическим, малые углы захвата, малый сектор и высокие краевые искажения.The disadvantages of this analyzer are poorer resolution compared to spherical analyzers, despite the declared better resolution in comparison with hemispherical, small capture angles, small sector and high edge distortion.
Известен «Электростатический спектрометр заряженных частиц» (патент РФ № 2022395), выполненный из двух пар одинаковых плоских конденсаторов, расположенных в форме шеврона, источник питания и детектор заряженных частиц, при этом для увеличения отношения сигнал/шум накладываются ограничения на его геометрические параметры.Known "Electrostatic spectrometer of charged particles" (RF patent No. 2022395), made of two pairs of identical flat capacitors arranged in the form of a chevron, a power supply and a charged particle detector, while to increase the signal-to-noise ratio, restrictions are imposed on its geometric parameters.
К достоинствам данного устройства можно отнести простоту изготовления и малую массу, однако, несмотря на улучшение, разрешающая способность данного анализатора мала - высокий вклад в ошибку дают краевые эффекты.The advantages of this device include simplicity of manufacture and low weight, however, despite the improvement, the resolution of this analyzer is small - edge effects make a high contribution to the error.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является «Электростатический энергоанализатор для параллельного потока заряженных частиц» (патент РФ № 2327246), содержащий внешний и внутренний цилиндрические коаксиальные электроды, плоский ограничивающий электрод, перпендикулярный оси симметрии, имеющий потенциал внутреннего цилиндрического электрода с выполненным в нем входным окном, выходное окно, выполненное во внутреннем цилиндрическом электроде, приемную диафрагму и детектор, расположенные вне поля в полости внутреннего цилиндрического электрода. В данном устройстве входное окно выполнено в виде сквозных каналов малого диаметра в виде кольцевой щели, коаксиальной цилиндрическим электродам, параллельных оси симметрии. Приемная диафрагма для потока заряженных частиц расположена на оси симметрии цилиндрических электродов. Достоинством данного анализатора является повышенная разрешающая способность по энергиям в сравнение с анализатором “цилиндрическое зеркало”, расположение входного окна параллельно оси симметрии. The closest in technical essence to the claimed utility model is "Electrostatic energy analyzer for a parallel flow of charged particles" (RF patent No. 2327246), containing external and internal cylindrical coaxial electrodes, a flat limiting electrode perpendicular to the axis of symmetry, having the potential of an internal cylindrical electrode made in with an input window, an output window made in the inner cylindrical electrode, a receiving diaphragm and a detector located outside the field in the cavity of the inner cylindrical electrode. In this device, the entrance window is made in the form of through channels of small diameter in the form of an annular slot, coaxial to cylindrical electrodes, parallel to the axis of symmetry. The receiving diaphragm for the flow of charged particles is located on the axis of symmetry of the cylindrical electrodes. The advantage of this analyzer is the increased energy resolution in comparison with the analyzer “cylindrical mirror”, the location of the entrance window parallel to the axis of symmetry.
Недостатком данного анализатора является слабая защищенность от ультрафиолетового засвета, громоздкость, а также необходимость включения в конструкцию дополнительных узлов для устранения краевых эффектов. The disadvantages of this analyzer are poor protection against ultraviolet light, cumbersomeness, and the need to include additional units in the design to eliminate edge effects.
Раскрытие краткой сущности полезной моделиDisclosure of the Brief Essence of the Utility Model
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении возможности регистрации количества заряженных частиц и энергетического спектра регистрируемых заряженных частиц в телесном угле, определяемом геометрическими параметрами анализатора (в диапазоне +/- 200 по оси входной щели корпуса анализатора) в условиях космического пространства (ионосфере Земли) в диапазоне энергий от 50 эВ до 20 кэВ. The technical result achieved when using the claimed utility model is to provide the possibility of registering the number of charged particles and the energy spectrum of the registered charged particles in a solid angle determined by the geometric parameters of the analyzer (in the range +/- 20 0 along the axis of the input slit of the analyzer body) in space conditions. space (the Earth's ionosphere) in the energy range from 50 eV to 20 keV.
Заявленный технический результат достигается тем, что в анализаторе космических частиц низких энергий, включающем сепарирующую часть, обеспечивающую сепарацию частиц электростатическим полем, снабженную входным и выходным окнами для обеспечения прохождения сепарируемых частиц, и регистрирующую часть, обеспечивающую регистрацию тока частиц, согласно техническому решению, сепарирующая часть выполнена в виде разъемного корпуса, внутри которого через изолирующие элементы последовательно и осесимметрично установлены и сопряжены между собой три пары коаксиально расположенных внешнего и внутреннего электродов, при этом внутренняя поверхность внешнего электрода и внешняя поверхность внутреннего электрода имеют форму тела вращения, входное и выходное окна расположены в нижнем и верхнем торцах корпуса, соответственно, и выполнены в виде щелевых отверстий, а регистрирующая часть анализатора сопряжена с верхним торцом корпуса и представляет собой закрепленные на кронштейне вторичный электронный умножитель с платой усилителя-преобразователя, обеспечивающих регистрацию распределения заряженных частиц по энергии на выходе из сепарирующей части, и высоковольтными платами питания. Электроды могут быть снабжены защитным покрытием, предотвращающим ультрафиолетовый засвет, выполненным из Cu или Rh толщиной от 0,1 до 25 мкм, а изолирующие элементы могут быть выполнены из радиационно-стойкого химически инертного полимера, например, в качестве полимера может быть использован политетрафторэтилен. Внешний и внутренний электроды каждой пары размещены с зазором не более 3 мм.The claimed technical result is achieved by the fact that in the analyzer of space particles of low energy, including a separating part, providing separation of particles by an electrostatic field, equipped with inlet and outlet windows to ensure the passage of separated particles, and a registering part that provides registration of the particle current, according to the technical solution, the separating part is made in the form of a split case, inside of which three pairs of coaxially located external and internal electrodes are installed and connected to each other through insulating elements in series and axisymmetrically, while the internal surface of the external electrode and the external surface of the internal electrode have the shape of a body of revolution, the input and output windows are located in the lower and upper ends of the housing, respectively, are made in the form of slotted holes, and the recording part of the analyzer is mated with the upper end of the housing and is a secondary electronic mind fixed on the bracket a cutter with an amplifier-converter board providing registration of the distribution of charged particles by energy at the outlet from the separating part, and high-voltage power boards. The electrodes can be provided with a protective coating that prevents ultraviolet light, made of Cu or Rh with a thickness of 0.1 to 25 microns, and the insulating elements can be made of a radiation-resistant chemically inert polymer, for example, polytetrafluoroethylene can be used as a polymer. The outer and inner electrodes of each pair are placed with a gap of no more than 3 mm.
Преимуществом заявляемого анализатора также являются сниженные по сравнению с аналогами массогабаритные показатели и компактный форм-фактор, что позволяет использовать анализатор в качестве отдельного узла для установки на космические аппараты, в том числе, кубсаты. Устройство характеризуется также полным отсутствием электрических соединений, компонентов и проводов с внешней стороны корпуса и использованием вторичного электронного умножителя в качестве детектора частиц. Заявляемое устройство может быть установлено в одной секции (1U) космического аппарата типа кубсат без необходимости дополнительной адаптации механических интерфейсов спутника и прибора.The advantage of the inventive analyzer is also reduced in comparison with analogs weight and dimensions and a compact form factor, which allows the analyzer to be used as a separate unit for installation on spacecraft, including cubesats. The device is also characterized by the complete absence of electrical connections, components and wires from the outside of the case and the use of a secondary electron multiplier as a particle detector. The claimed device can be installed in one section (1U) of a cubesat spacecraft without the need for additional adaptation of the mechanical interfaces of the satellite and the device.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
Полезная модель поясняется следующими изображениями, где The utility model is illustrated by the following pictures, where
на фиг. 1 представлена схема устройства, in fig. 1 shows a diagram of the device,
на фиг. 2. представлены результаты регистрации заряженных частиц,in fig. 2.presents the results of registration of charged particles,
на фиг. 3а и 3б представлены фотоизображения модельного образца заявляемого анализатора.in fig. 3a and 3b show photographs of a model sample of the inventive analyzer.
Позициями на чертежах обозначены:Positions in the drawings indicate:
1 - корпус А, 1 - building A,
2 - корпус Б, 2 - building B,
3 - кронштейн для электроники и ВЭУ, 3 - bracket for electronics and wind turbines,
4 - первый изолятор, 4 - the first insulator,
5 - второй изолятор, 5 - the second insulator,
6 - третий изолятор, 6 - the third insulator,
7 - первый внутренний электрод, 7 - the first inner electrode,
8 - второй внутренний электрод, 8 - the second inner electrode,
9 - третий внутренний электрод, 9 - the third inner electrode,
10 - первый внешний электрод, 10 - the first external electrode,
11 - второй внешний электрод, 11 - the second external electrode,
12 - третий внешний электрод, 12 - third external electrode,
13 - вторичный электронный умножитель,13 - secondary electron multiplier,
14 - плата усиления и формирования сигнала,14 - board for amplification and signal shaping,
15 - плата питания до + 2,5 кВ,15 - power board up to + 2.5 kV,
16 - плата питания до -2,5 кВ,16 - power board up to -2.5 kV,
17 - крепление,17 - mount,
18 - крепление.18 - mount.
Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model
Заявляемое устройство представляет собой сегментоидный анализатор, то есть устройство, составными частями которого являются сегменты (части) электродов, на которые подается напряжение, создающее электрическое поле для искривления
траектории частиц. Величина этого искривления для каждой частицы зависит от отношения энергии к заряду, таким образом с помощью прикладываемого
напряжения осуществляется разделение частиц по положению в пространстве в зависимости от их энергии. Сегментоидная форма электродов анализатора значительно снижает регистрацию фонового ультрафиолетового излучения. Электроды дополнительно могут быть обработаны с помощью электрохимического осаждения тонким слоем (от 0,1 до 25 мкм) защитного покрытия (Cu/Rh).The claimed device is a segmentoid analyzer, that is, a device, the components of which are segments (parts) of electrodes, to which a voltage is applied that creates an electric field for bending
particle trajectories. The amount of this curvature for each particle depends on the ratio of energy to charge, thus using the applied
stress separation of particles is carried out according to their position in space, depending on their energy. The segmental shape of the analyzer's electrodes significantly reduces the registration of background ultraviolet radiation. The electrodes can be additionally treated by electrochemical deposition with a thin layer (from 0.1 to 25 μm) of a protective coating (Cu / Rh).
Анализатор имеет разъемный корпус, состоящий из двух частей А и Б, которые составляют единую конструкцию, что способствует упрощению технологии его изготовления. Части корпуса выполнены из коррозионностойкого, пластичного сплава алюминия. Изоляторы изготовлены из радиационно-стойкого полимера и стандартных изделий (винты, керамические трубки). The analyzer has a split case, consisting of two parts A and B, which make up a single structure, which simplifies its manufacturing technology. The body parts are made of a corrosion-resistant, ductile aluminum alloy. Insulators are made of radiation-resistant polymer and standard products (screws, ceramic tubes).
Внутри разъемного корпуса осесимметрично установлены три комплекта электродов. Корпус А предназначен для размещения одного комплекта электродов, с одного торца закрыт первым изолятором (4), а с другого торца выполнен открытым для присоединения корпуса Б. Первый изолятор установлен в нижней части корпуса А (1). На изоляторе установлен первый внутренний электрод (7), соединенный крепежом (17) с корпусом А. Крепеж (17) состоит из болтового соединения, проходящего через изолятор, с обеспечением предотвращения электрического контакта электрода и корпуса. Коаксиально с ним в корпусе А установлен (плотно посажен через изолятор) первый внешний электрод (10). Электроды изготовлены из коррозионностойкого сплава алюминия (АМг6), который с помощью электрохимического осаждения почернен тонким слоем (Cu/Rh 0.1 мкм) для предотвращения влияния ультрафиолета на сигнал от вторичного электронного умножителя. Электроды закрепляют к корпусу, например, методом запрессовки.Three sets of electrodes are arranged axisymmetrically inside the split housing. Case A is designed to accommodate one set of electrodes, from one end it is closed by the first insulator (4), and from the other end it is made open for connection of case B. The first insulator is installed in the lower part of case A (1). The first inner electrode (7) is mounted on the insulator, which is connected by a fastener (17) to the case A. The fastener (17) consists of a bolted connection passing through the insulator, ensuring that electrical contact between the electrode and the case is prevented. Coaxially with it, the first external electrode (10) is installed in the case A (tightly fitted through the insulator). The electrodes are made of a corrosion-resistant aluminum alloy (AMg6), which is blackened with a thin layer (Cu / Rh 0.1 μm) by electrochemical deposition to prevent the influence of ultraviolet radiation on the signal from the secondary electron multiplier. The electrodes are fixed to the body, for example, by pressing.
Корпус Б (2) имеет в торцевых зонах фланцевые части для присоединения, с одной стороны, к корпусу А, а с другой стороны закрыт кронштейном (3) для установки электронного блока. Протяженность корпуса Б выбрана с обеспечением возможности последовательной установки двух комплектов электродов, разделенных между собой вторым изолятором (5). Соединение осуществляется с помощью крепежа (18). Крепеж (18) состоит из болтового соединения, проходящего через изолятор, с обеспечением предотвращения электрического контакта электрода и корпуса Б. Таким образом, в корпусе Б в средней части закреплен второй изолятор, с обеих сторон которого установлены внутренние электроды - второй (8) и третий (9), выполненные по аналогии с первым электродом (7), а также с аналогичным зазором (около 3 мм) установлены внешние второй (11) и третий (12) электроды. Третий внешний электрод закрыт третьим изолятором (6), на внешней поверхности которого закреплен кронштейн, выполненный в виде плиты с установленными на нем ВЭУ и платами, которые являются источниками высокого напряжения (15, 16), которое подается на электроды сепарирующей системы и усилителем-формирователем сигнала (14) от ВЭУ. Body B (2) has flange parts in the end zones for connection, on the one hand, to body A, and, on the other hand, is closed with a bracket (3) for installing the electronic unit. The length of the building B was chosen to ensure the possibility of sequential installation of two sets of electrodes, separated by a second insulator (5). The connection is made using fasteners (18). The fastener (18) consists of a bolted connection passing through the insulator, ensuring that electrical contact between the electrode and the body B is prevented. Thus, in the body B, in the middle part, the second insulator is fixed, on both sides of which there are internal electrodes - the second (8) and the third (9), made by analogy with the first electrode (7), as well as with a similar gap (about 3 mm), external second (11) and third (12) electrodes are installed. The third outer electrode is covered by a third insulator (6), on the outer surface of which a bracket is fixed, made in the form of a plate with installed wind turbines and boards, which are sources of high voltage (15, 16), which is fed to the electrodes of the separation system and an amplifier-shaping signal (14) from the wind turbine.
С торцов разъемного корпуса выполнены входное и выходное отверстия (щелевые) для обеспечения протекания потока заряженных частиц сквозь объем анализатора (на фигурах не показаны).Inlet and outlet openings (slotted) are made from the ends of the split body to ensure the flow of charged particles through the analyzer volume (not shown in the figures).
Для регистрации тока заряженных частиц, проходящих сквозь анализатор, после выходной щели размещена регистрирующая часть анализатора, представляющая собой электронный блок. Регистрирующая часть состоит из вторичного электронного умножителя (13), а также платы усиления-формирования сигнала (14), которые закреплены на кронштейне (3). Входное отверстие корпуса вторичного электронного умножителя одновременно является входной диафрагмой и предназначено для увеличения разрешения и устранения краевых электростатических полей. Плата усиления-формирования сигнала (14) обеспечивает сбор, обработку и формирование цифровых массивов информации, а также передачу массивов информации на стороннее устройство обработки информации.To register the current of charged particles passing through the analyzer, the recording part of the analyzer, which is an electronic unit, is located after the exit slit. The recording part consists of a secondary electron multiplier (13), as well as a signal amplification-shaping board (14), which are fixed on a bracket (3). The inlet of the secondary electron multiplier housing is simultaneously an inlet diaphragm and is designed to increase the resolution and eliminate edge electrostatic fields. The signal amplification-shaping board (14) provides the collection, processing and formation of digital arrays of information, as well as the transfer of the arrays of information to a third-party information processing device.
В состав прибора также входят платы питания (15, 16), обеспечивающие формирование линейно изменяющегося напряжения развертки и подачи высокого напряжения на вторично-электронный умножитель.The device also includes power boards (15, 16), which provide the formation of a linearly varying sweep voltage and high voltage supply to the secondary electron multiplier.
В таблице 1 приведены основные технические характеристики заявляемого анализатора.Table 1 shows the main technical characteristics of the proposed analyzer.
Таблица 1. Table 1.
Технические характеристики заявляемого устройстваTechnical characteristics of the claimed device
Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.
Устройство предварительно калибруют в условиях, максимально приближенных к космической среде, а именно: обеспечивают давление 10-6 мбар, в качестве источника мягкого бета-излучения используют сертифицированный препарат трития cо средней энергией 17 кэВ, лампу УФ с длиной волны 320 нм. Типичный полученный спектр измерений представлен на фиг. 2. Калибровочные спектры от препарата трития со средней энергией 17 кэВ при подаче потенциала на электрод (U эл), где спектр с круглыми маркерами соответствует случаю, когда подается потенциал только на внутренний электрод, а спектр с квадратными маркерами соответствует случаю, когда подается потенциал одновременно и на внутренний, и на внешний электроды. The device is pre-calibrated under conditions as close as possible to the space environment, namely: a pressure of 10 -6 mbar is provided, a certified tritium preparation with an average energy of 17 keV, a UV lamp with a wavelength of 320 nm are used as a source of soft beta radiation. A typical measurement spectrum obtained is shown in FIG. 2. Calibration spectra from a tritium preparation with an average energy of 17 keV when a potential is applied to the electrode (Uel), where the spectrum with round markers corresponds to the case when the potential is applied only to the inner electrode, and the spectrum with square markers corresponds to the case when the potential is applied simultaneously to both the inner and outer electrodes.
Функция электростатических анализаторов - это разделение заряженных частиц по соотношению энергии на единицу заряда. Основу электростатического энергоанализатора составляет набор электродов, на которые подается напряжение, создающее электрическое поле для искривления траектории частиц. Поток заряженных частиц через входное отверстие в корпусе анализатора проникает в поле между электродами (внешним и внутренним) и движется в нем, отклоняясь и фокусируясь под действием существующего распределения потенциала. Величина искривления траектории для каждой частицы зависит от отношения энергии к заряду, таким образом, с помощью прикладываемого напряжения осуществляется разделение частиц по положению в пространстве в зависимости от их энергии. При значении отклоняющего потенциала U pl через выходное отверстие сепарирующей системы пройдут только те частицы, для которых выполнено условие, связывающее энергию заряженных частиц в пучке и величину отклоняющего потенциала на внешнем электроде через константу анализатора: k (В/эВ) = U pl /E, здесь E (эВ) - энергия заряженных частиц, U pl (В) - напряжение на пластине анализатора. Изменяя потенциал U pl либо на одном (второй электрод заземлен), либо на двух электродах одновременно, можно получить распределение заряженных частиц по энергиям на выходе сепарирующей части анализатора. Полученное распределение по энергиям регистрируется с помощью регистрирующей части анализатора, состоящей из вторичного электронного умножителя и платы усилителя-формирователя (14). Сигнал с платы усилителя-формирователя передается на внешние устройства.The function of electrostatic analyzers is the separation of charged particles according to the ratio of energy per unit of charge. The basis of an electrostatic energy analyzer is a set of electrodes, which are energized, creating an electric field for curving the trajectory of the particles. The flow of charged particles through the inlet in the analyzer body penetrates into the field between the electrodes (external and internal) and moves in it, deflecting and focusing under the action of the existing potential distribution. The amount of curvature of the trajectory for each particle depends on the ratio of energy to charge, thus, using the applied voltage, the particles are separated according to their position in space depending on their energy. At the value of the deflecting potential U pl, only those particles will pass through the outlet of the separating system for which the condition is fulfilled connecting the energy of charged particles in the beam and the value of the deflecting potential on the external electrode through the analyzer constant: k (V / eV) = U pl / E, here E (eV) is the energy of charged particles, U pl (V) is the voltage on the analyzer plate. By changing the potential U pl either on one (the second electrode is grounded) or on two electrodes simultaneously, it is possible to obtain the energy distribution of charged particles at the outlet of the separating part of the analyzer. The resulting energy distribution is recorded using the recording part of the analyzer, which consists of a secondary electron multiplier and an amplifier-shaping board (14). The signal from the amplifier-shaping board is transmitted to external devices.
Пример конкретного выполненияAn example of a specific implementation
В качестве модельного образца изготовлено устройство, имеющее следующие массогабаритные характеристики (масса не более 450 грамм и не более 10 см в длину), содержащее сепарирующую и регистрирующую части. Сепарирующая часть помещена в два сопряженных короба и включает три комплекта коаксиально установленных с зазором 3 мм электродов с изоляторами. Регистрирующая часть включает вторичный электронный умножитель, плату усилителя-формирователя сигнала (потребление платы не более 50 мА от 5 В) и платы питания +/- 2,5 кВ, обеспечивающие скорость перезарядки сепарирующей части анализатора до 0,2 секунды. (фиг. 3).As a model sample, a device was made with the following mass and size characteristics (weight not more than 450 grams and not more than 10 cm in length), containing separating and recording parts. The separating part is placed in two coupled boxes and includes three sets of electrodes with insulators coaxially installed with a gap of 3 mm. The registering part includes a secondary electron multiplier, a signal conditioning amplifier board (the board consumption is not more than 50 mA from 5 V) and a +/- 2.5 kV power supply board, which provides a recharge speed of the separating part of the analyzer up to 0.2 seconds. (Fig. 3).
Устройство обладает прочностью и стойкостью к следующим видам внешних воздействий: механические нагрузки на этапе выведения; изменение внешнего давления на этапе выведения на рабочую орбиту функционирования; орбитальные микровибрационные нагрузки; ионизирующее излучение космического пространства естественного происхождения.The device is robust and resistant to the following types of external influences: mechanical loads at the stage of hatching; change in external pressure at the stage of launching into the working orbit of operation; orbital microvibration loads; natural ionizing radiation from outer space.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020139706U RU205154U1 (en) | 2020-12-03 | 2020-12-03 | LOW ENERGY SPACE PARTICLE ANALYZER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020139706U RU205154U1 (en) | 2020-12-03 | 2020-12-03 | LOW ENERGY SPACE PARTICLE ANALYZER |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU205154U1 true RU205154U1 (en) | 2021-06-29 |
Family
ID=76756160
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020139706U RU205154U1 (en) | 2020-12-03 | 2020-12-03 | LOW ENERGY SPACE PARTICLE ANALYZER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU205154U1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5194732A (en) * | 1989-06-01 | 1993-03-16 | Bateman Robert H | Charged-particle energy analyzer and mass spectrometer incorporating it |
| US6762408B1 (en) * | 1999-06-16 | 2004-07-13 | Shimadzu Research Laboratory (Europe) Ltd. | Electrically-charged particle energy analyzers |
| RU2294579C1 (en) * | 2005-06-17 | 2007-02-27 | Николай Алексеевич Холин | Analyzer of energies of charged particles |
| RU2327246C2 (en) * | 2006-05-12 | 2008-06-20 | Аркадий Михайлович Ильин | Electrostatic energy analyser for parallel stream of charged particles |
| US20130105687A1 (en) * | 2010-07-13 | 2013-05-02 | Shimadzu Corporation | Charged particle energy analysers and methods of operating charged particle energy analysers |
-
2020
- 2020-12-03 RU RU2020139706U patent/RU205154U1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5194732A (en) * | 1989-06-01 | 1993-03-16 | Bateman Robert H | Charged-particle energy analyzer and mass spectrometer incorporating it |
| US6762408B1 (en) * | 1999-06-16 | 2004-07-13 | Shimadzu Research Laboratory (Europe) Ltd. | Electrically-charged particle energy analyzers |
| RU2294579C1 (en) * | 2005-06-17 | 2007-02-27 | Николай Алексеевич Холин | Analyzer of energies of charged particles |
| RU2327246C2 (en) * | 2006-05-12 | 2008-06-20 | Аркадий Михайлович Ильин | Electrostatic energy analyser for parallel stream of charged particles |
| US20130105687A1 (en) * | 2010-07-13 | 2013-05-02 | Shimadzu Corporation | Charged particle energy analysers and methods of operating charged particle energy analysers |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kimura et al. | High-rate particle identification of high-energy heavy ions using a tilted electrode gas ionization chamber | |
| EP2720251B1 (en) | MCP unit, MCP detector, and time-of-flight mass spectrometer | |
| US7564043B2 (en) | MCP unit, MCP detector and time of flight mass spectrometer | |
| JP2857686B2 (en) | Charged particle energy analyzer and mass spectrometer incorporating the same | |
| JP5049174B2 (en) | Time-of-flight mass spectrometer and charged particle detector used therefor | |
| Brongersma et al. | ’’NODUS’’—a sensitive new instrument for analyzing the composition of surfaces | |
| EP0746872B1 (en) | Cycloidal mass spectrometer | |
| JPH03504059A (en) | High resolution plasma mass spectrometer | |
| US20240347332A1 (en) | Mass Spectrometer Components Including Programmable Elements and Devices and Systems Using Them | |
| Sakurai et al. | A new time-of-flight mass spectrometer | |
| RU205154U1 (en) | LOW ENERGY SPACE PARTICLE ANALYZER | |
| Van Hoof et al. | Position-sensitive detector system for angle-resolved electron spectroscopy with a cylindrical mirror analyser | |
| US6501074B1 (en) | Double-focusing mass spectrometer apparatus and methods regarding same | |
| JP4884902B2 (en) | Ionizer, mass analyzer, ion mobility meter, electron capture detector, and charged particle measuring device for chromatograph | |
| Hvelplund et al. | Equilibrium charge distributions of light ions in helium, measured with a position-sensitive open electron multiplier | |
| RU87565U1 (en) | PHOTOEMISSION ELECTRON SPECTROMETER | |
| Drouhin et al. | Simple concepts in the measurement of the energy distribution and spin polarization of an electron beam | |
| Darcy et al. | Design of mass spectrometers for field ionization and field desorption | |
| McGarity et al. | Compact ion/electron analyzer for spaceflight or laboratory use | |
| RU2272334C1 (en) | Gas mixture analyzing device | |
| Lebedev | TOF electron energy analyzer for spin and angular resolved photoemission spectroscopy | |
| CN116130333A (en) | High-resolution miniaturized isotope mass spectrometer | |
| US6818887B2 (en) | Reflector for a time-of-flight mass spectrometer | |
| RU2010385C1 (en) | Cathode-ray device | |
| Boerboom | Ion optical considerations in tandem mass spectrometry |