Магистерская программа «Прикладная физика и физическая информатика» Дисциплина: физическая электроника кредит icon

Магистерская программа «Прикладная физика и физическая информатика» Дисциплина: физическая электроника кредит


Смотрите также:
Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 27...
Учебная программа Дисциплины р3 «Высокочастотная релятивистская электроника» по направлению...
Учебная программа дисциплины «Физическая механика сплошных сред» Бакалавриат 010600 (СД. В. 01...
Весь курс фокусируется на «физике» с самого начала...
Рабочая программа дисциплины «физическая химия»...
Учебная программа Дисциплины р6 «Сканирующая зондовая микроскопия» по направлению 011800...
Магистерская программа "Физическая география и природопользование" Время Нед. Дисциплина...
Учебная программа Дисциплины р2 «Основы дифракционного структурного анализа» по направлению...
Рабочая программа дисциплина «физическая химия» Специальность...
Рабочая программа по дисциплине: Частная патология Специальность...
Рабочая программа дисциплины физическая культура Степень выпускника...
Учебно-методический комплекс дисциплины физическая реабилитация (наименование дисциплины)...



Загрузка...
страницы: 1   2   3
вернуться в начало
скачать

^ 4.7. Электронно-оптические системы анализаторов

Построение электронно-оптических систем для управления движением пучков заряженных частиц широко используется в различных областях науки и техники. Особое место занимают системы с пространственным управлением положения пучка, которое осуществляется с помощью электрических (электростатическая отклоняющая система) и магнитных (магнитная отклоняющая система) полей. Такие системы широко используются в электровакуумных приборах, электроннолучевых технологиях и различных типах спектрометров. В энергоанализаторах и масс-спектрометрах используются физические принципы, связанные с отклонением заряженных частиц в статических электростатическом и/или магнитном поле, а также при наличии внешних ВЧ-полей. Наиболее распространенным примером с электростатическим управлением отклонения луча является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), при помощи которой традиционно изучают процессы управления электронным потоком. Электронно-оптическая система ЭЛТ (рис. 4.14а) состоит из иммерсионного объектива, фокусирующей системы и системы ускорения. Отклоняющая система ЭЛТ, представляет собой две пары X- и Y-пластин с однородным электрическим полем. На принципе отклонения заряженных частиц в электростатическом поле может быть реализован энергоанализатор. Отклонение и фокусировка пучка заряженных частиц достаточно эффективно реализуется при помощи секторного цилиндрического конденсатора (рис. 4.14б), у которого электрическое поле , где для цилиндрического конденсатора (R1 и R2 – радиусы электродов конденсатора 1). Через узкую выходную щель 3 будут проходить частицы, имеющие круговые траектории и скорости, удовлетворяющие условию: .

Принцип разделения частиц по массам может быть также реализован в электростатических системах. Действие так называемого панорамного масс-спектрометра основано на разделении ионов, колеблющихся в электростатическом поле с параболическим распределением потенциала (рис. 4.14в).

Электроны, эмиттированные катодом ^ К, переходят через модулирующий электрод М, на который подается ВЧ-напряжение, модулирующее электронный ток по интенсивности и, в силу выбранного распределения потенциалов, колеблются около электрода А. В результате импульсной ионизации газа образуются сгустки ионов, которые колеблются в электрическом поле пространства дрейфа (Ф1, Ф2), причем частота колебаний ионов f определяется их удельными массами , где ^ U - напряжение на центральном электроде электростатического поля с параболическим распределением потенциала, k – коэффициент, зависящий от геометрии анализатора. Сгусток ионов, частота колебаний которого совпадает с частотой напряжения модулирующего электрода, называется резонансным и наводит на сигнальном электроде (СЭ) напряжение собственной частоты. Анализ ионов по массам заключается в измерении частот сигнальных напряжений узкополосным усилителем.

Зависимость радиуса вращения частицы в магнитном поле от скорости и ее массы широко используется при построении анализаторов заряженных частиц по энергиям и массам.

Принцип одного из возможных способов реализации масс-спектрометра по такой системе показан на рис. 4.15а. Положительные ионы, образованные путем электрон-ионных столкновений, ускоряются в источнике ионов (1) одной разностью потенциалов, в результате чего приобретают скорость и попадают в пространство дрейфа (2), где на них действует поперечное магнитное поле с индукцией В. Из условия равенства сил можно найти радиус траектории иона . Таким образом, в результате взаимодействия с магнитостатическим полем на коллектор (3) попадают только те ионы, радиус траекторий, которых соответствует положению щели в диафрагме перед коллектором.

Высокочастотные системы сепарации приобрели широкое распространение в виду их малогабаритности и надежности. Рассмотрим типичные схемы квадрупольного и омегатронного масс-анализаторов. Квадрупольные масс-спектрометры, схематическое устройство которых представлено на рис. 4.15б, а фотография общего вида на рис. 4.16, достаточно широко распространены благодаря высокой чувствительности, быстродействию, и широкому диапазону измерений. Данный тип масс-спектрометра используется в лабораториях специального физического практикума для изучения принципа его работы и применяется в научно исследовательской работе.

Принцип действия прибора основан на разделении ионов по массам в ВЧ-квадрупольном электрическом поле, создаваемом между четырьмя параллельными стержнями круглого сечения (рис. 4.15б). Стержни электрически попарно соединены и на них подается напряжение . Образующиеся ионы, транспортируются в квадрупольный анализатор и, проходя вдоль него, совершают колебания под действием ВЧ-поля. Амплитуда колебаний ионов зависит от удельной массы иона m/q и величины напряжения на стержнях. При определенных параметрах квадруполя через анализатор могут пройти ионы только определенной массы. Массовое число ионов, имеющих устойчивую траекторию, связано с параметрами поля квадруполя следующим соотношением: , где f - частота (мГц), U – амплитуда ВЧ поля [В], r0 – геометрический масштаб поля (м). Для ионов других масс амплитуда колебаний неограниченно возрастает и они теряют заряд на стержнях. Развертка спектра масс осуществляется изменением напряжения на стержнях анализатора, при этом отношение постоянной составляющей напряжения к амплитуде ВЧ-составляющей остается неизменным.

Существует еще один тип малогабаритного радиочастотного масс-спектрометра – омегатрон, принципиальная схема которого показана ниже. Молекулы находящегося в омегатроне газа ионизируются электронным пучком, проходящем вдоль оси анализатора и фокусирующего магнитного поля (рис. 4.17а). Под воздействием магнитного поля В и перпендикулярного к нему ВЧ-электрического поля, образовавшиеся ионы вращаются вокруг оси анализатора. Ионы, для которых частота вращения в данном магнитном поле совпадает с частотой приложенного ВЧ-напряжения, ускоряются ВЧ-полем и, двигаясь по раскручивающейся спирали, достигают коллектора ионов.

Измерение ионного тока, приходящего на коллектор, осуществляется электрометрическим усилителем. Частота резонансного иона , где - циклотронная частота. Ввиду того, что в постоянном магнитном поле , шкала массовых чисел спектрометра при развертке приводится в единицах частоты. На рис. 4.17б приведен типичный вид масс-спектра.

^ 4.8. Экспериментальные методы исследования. Пучковые технологии

Экспериментальное изучение пучков заряженных частиц связано с разработкой и применением разнообразных методов анализа собственных параметров пучков (ток, распределение плотности тока по сечению, энергетическое распределение и др.), а также формирующих их систем (инжектор, фокусирующие, транспортные и прочие системы). Условно все применяемые методы можно разделить на две основные группы: прямые и косвенные.

К прямым относятся диагностические методы непосредственного измерения собственных параметров пучков, где применяются разнообразные конструкции широко распространенных средств: коаксиальные зонды, пояс Роговского, цилиндр Фарадея, метод вибрирующего зонда, метод подвижного коллектора с малым отверстием. Достаточно часто применяются методы использующие специально разработанные для анализа пучков электронно-оптические системы (энергоанализаторы, зарядовое и пространственное разделение).

Взаимодействие пучков частиц со средой приводит к разнообразным изменениям в ней и достаточно часто сопровождается ионизационными и радиационными эффектами. Анализ характеристик возникших изменений достаточно часто несет обширную информацию о характеристиках пучков и служит основанием для проведения косвенных измерений их параметров. К таки методам можно отнести измерения в области теплового и оптического излучения, вторичной электронной эмиссии и возникающего рентгеновского излучения, а также методы ионизации газа и стимулирования проводимости полупроводниковых структур.

Особенности взаимодействия потоков электронов с конденсированными и газообразными веществами позволили осуществить новые технологические процессы, связанные с изменением исходных физико-химических свойств материалов, подвергающихся воздействию пучков: облучение полимерных материалов, сопровождающееся перестройкой молекулярных связей и изменением механической прочности, температуростойкости, электронная литография и др. Интенсивные пучки электронов с высокой мощностью применяются для «чистой» плавки металлов, резки и сварки тугоплавких металлов. Воздействие импульсных пучков дает возможность эффективно воздействовать на свойства поверхностных и приповерхностных слоев металлов, изменяя их структурный и фазовый состав. При помощи хорошо сфокусированных электронных пучков реализуются различные электронно-зондовые методы структурного и элементного анализа состава веществ и материалов, таких как просвечивающая и растровая электронная микроскопия, малоугловое рассеяние рентгеновского излучения, масс-спектрометрия и др.







Скачать 485.55 Kb.
оставить комментарий
страница3/3
Дата07.12.2011
Размер485.55 Kb.
ТипПрограмма, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх