×
21.07.2020
220.018.34cd

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА ИОНОВ ПЛАЗМЫ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002726954
Дата охранного документа
17.07.2020
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области измерений в физике плазмы и физике заряженных частиц. Технический результат - повышение точности регистрации спектра энергий потока ионов и последующего измерения потока ионов. Устройство для исследования энергетического спектра ионов плазмы содержит вакуумную камеру с мишенью, в которую с помощью оптического окна и объектива фокусируется лазерный пучок, присоединенную к ней по оси разлета пролетную трубу, электростатический цилиндрический анализатор энергоспектра ионов и детектор заряженных частиц (ВЭУ) с нагрузочным сопротивлением, напряжение с которого заводится на вход осциллографа, а на второй вход заводится реперный сигнал лазерного импульса. Между пролетной трубой и анализатором размещаются электродная система, включающая два электрода под земляным потенциалом, и третий электрод, изолированный от них и размещенный симметрично между ними под отрицательным потенциалом -V. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение относиться к области измерений в физике плазмы и физике заряженных частиц. Оно может быть использовано для исследования плазмы, в частности, измерения энергетического распределения ионов в потоке плазмы, создаваемой импульсными источниками нагрева, например, импульсами СО2 лазера.

Уровень техники

Аналогами заявляемого технического решения являются широко известные из литературы анализаторы энергии заряженных частиц, например, электростатические цилиндрические дефлекторы [Афанасьев В.П., Явор С.Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц. - М.: Наука, 1978. - 224 с., страница 78]. Устройство представляет собой фильтр, пропускающий заряженные частицы по правилу отбора E/z=const(U), где Е - энергия иона, z - его зарядовый номер, U=|+U|=|-U| - напряжение на электродах. Энергетическое разрешение такой измерительной схемы определяется дисперсией анализатора (дефлектора, являющегося частью цилиндрического конденсатора), размерами входной и выходной щелей анализатора и расстоянием от источника.

Близких аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения является схема измерений потока ионов из лазерной плазмы, использующая комбинацию электростатического цилиндрического энергоанализатора и расположенной перед ним пролетной трубы, в которой плазменный поток свободно расширяется и разворачивается по времени прилета и, следовательно, по энергии [А.В. Кильпио, Н.Г. Киселев, П.П. Пашинин, И.В. Рудской, Б.Ю. Шарков, Е.В. Шаткое, А.В. Шумшуров. Исследование энергетических спектров многозарядных ионов Ti из лазерной плазмы. Квантовая электроника, Т. 35, №7, 2005, С. 638]. Устройство состоит из вакуумной камеры с облучаемой мишенью, присоединенной к ней пролетной трубой, ось которой совпадает с нормалью к поверхности мишени, электростатического цилиндрического дефлектора и детектора ионов, в качестве которого используют вторичный электронный умножитель (ВЭУ). Для регистрации частиц различной зарядности и энергии проводится серия измерений с различными энергиями настройки Е=ezU во всем диапазоне напряжений, где ионы наблюдаются. Затем первичные данные, представляющие собой осциллограммы серии пичков, соответствующих разным зарядовым номерам ионов и их энергиям, обрабатываются, в результате чего можно получить парциальные токи ионов различной зарядности (в относительных единицах) или функции распределения по энергии, в зависимости от формы представления. Для определения момента вылета ионов из плазмы обычно на отдельном канале осциллографа записывается форма лазерного импульса.

Работа устройства и процедура восстановления энергетического спектра ионов предполагает, что плазма разделяется по зарядам на входе в дефлектор на границе собственного электрического поля устанавливаемого между электродами. Процесс разделения описывается законом Чайлда - Ленгмюра - Богуславского известного как «закон 3/2», поскольку извлекаемый ток ионов меняется как I~U3/2 (где I-ионный ток, U-приложенное напряжение).

Недостатком устройства-прототипа является то, что процессы разделения зарядов на входе анализатора и регистрации энергий частиц не являются независимыми. Как результат при настройке анализатора на низкие энергии ионов (малые напряжения на электродах, U) разделение зарядов практически не происходит и эта возможная часть спектра ионов не регистрируется, так что восстановленные характеристики частиц являются некорректными в области низких значений энергии, поскольку происходит недооценка их потока. Существующая возможность уменьшения этой ошибки за счет снижения всего потока плазмы уменьшением входной щели ограничена предельной чувствительностью (усилением) ВЭУ.

Раскрытие изобретения

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение недостатков аналогов, а именно, что плазма, направленная в анализатор не полностью разделяется по зарядам (электронам и ионам) при установлении малых значений напряжений настройки, тем самым спектр энергий потока ионов регистрируется с ошибками.

Технический результат заявленного изобретения заключается в том, что устройство позволяет полностью разделить процессы измерения потока ионов и извлечения зарядов из плазмы за счет установки перед входом в анализатор трехэлектродной системы разделения зарядов плазмы, так что последующая регистрация потока ионов не зависит от напряжения анализатора.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что предложено устройство для исследования энергетического спектра ионов плазмы, содержащее вакуумную камеру с мишенью, в которую с помощью оптического окна и объектива фокусируется лазерный пучок, присоединенную к ней по оси разлета пролетную трубу, электростатического цилиндрического анализатора энергоспектра ионов и детектора заряженных частиц (ВЭУ) с нагрузочным сопротивлением, напряжение с которого заводится на вход осциллографа, а на второй вход заводится реперный сигнал лазерного импульса, при этом между пролетной трубой и анализатором размещаются электродная система, включающая два электрода под земляным потенциалом, и третий электрод изолированный от них и размещенный симметрично между ними под отрицательным потенциалом -V.

Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что:

- процессы измерения потока ионов и разделения зарядов плазмы на входе в анализатор разделены и спектр энергий потока ионов регистрируется без ошибок.

- позволяет избежать ошибки измерений при применении энергоанализатора без системы экстрагирующих электродов на входе, которая состоит в недооценке потока ионов низкой энергии из-за недостаточного разделения зарядов плазмы при низких напряжениях на электродах анализатора.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 приведен пример сравнения форм полного ионного тока измеренного впрямую после экстракции пучка и полного тока восстановленного из данных анализаторных исследований для ионов свинца

На фиг. 2 показана схема предложенного изобретения, где цифрами обозначены:

1 - Вакуумная камера;

2 - Мишень;

3 - Объектив;

4 - Оптическое окно;

5 - Лазерный пучок;

6 - Пролетная труба;

7, 10 - Электроды под потенциалом земли;

8 - Изолятор;

9 - Электрод под отрицательным потенциалом;

11 - Электростатический дефлектор;

12 - Детектор заряженных частиц;

13 - Нагрузочное сопротивление;

14 - Осциллограф;

15 - Детектор лазерного излучения

Осуществление и примеры реализации изобретения

Как показывают экспериментальные исследования генерации ионов из лазерной плазмы, в частности, плазмы создаваемой СО2 лазером, спектр энергий получаемых ионов действительно широк, особенно при плотностях потока лазерного излучения q≥1013 Вт/см2 и большое количество частиц имеет низкие энергии разлета [Сатов Ю.А. Формирование мощных импульсов С02 лазера для исследования лазерной плазмы и эффективной генерации высокозарядных ионов: дис. на соискание степ. д. физ-мат. наук: 01.04.08: защищена 03.10.2006: М, 2006. - 251 с.: Стр. 167-168.]. Сравнение форм полного ионного тока измеренного впрямую после экстракции пучка и полного тока восстановленного из данных анализаторных исследований указывало на заметное отличие в области низких энергий частиц. На Фиг. 1 приведен пример такого сравнения для ионов свинца, получаемого из данных этой работы.

Новые физические свойства предлагаемого устройства реализуются при устранение причины недооценки потока ионов низкой энергии, проистекающего из-за неполного разделения зарядов плазмы при низких напряжениях анализатора. Такой результат достигается помещением перед входной щелью анализатора двух электродов с земляным потенциалом и размещенным между ними изолированным электродом с отрицательным потенциалом -V. При этом величина потенциала выбирается достаточно большой для обеспечения полного разделения зарядов плазмы на всей длительности процесса генерации плазмы (во все моменты прилета к входной щели).

Схема работы предложенного изобретения поясняется кратким описанием чертежа, приведенного на Фиг. 2.

В вакуумную камеру 1 помещается исследуемая мишень 2, которая облучается импульсом лазера 5, вводимым в камеру через оптическое окно 4 и фокусируемым на поверхность мишени объективом 3. Создаваемая в результате нагрева мишени плазма расширяется преимущественно по нормали к поверхности мишени в пространстве вакуумной камеры и пролетной трубы 6, на выходе которой установлены два электрода 7, 10 под потенциалом земли, а между ними электрод 9 под отрицательным потенциалом -V, разделенный от земли изолятором 8, обеспечивающим разделение зарядов плазмы во все моменты ее прилета к электродам. Изменение спектра ионов в виде их ускорения на первом межэлектродном промежутке на величину ΔЕ=ezV в точности компенсируется замедлением на втором промежутке, так что внесенная система электродов не искажает исследуемый спектр энергий частиц. Далее полученный ионный пучок направляется в анализатор, в качестве которого используется электростатический цилиндрический дефлектор 11. На выходе анализатора установлен детектор заряженных частиц 12, в качестве которого используют вторичный электронный умножитель (ВЭУ). ВЭУ вырабатывает ток пропорционально потоку заряженных частиц, который протекает через нагрузочное сопротивление 13, и падение напряжения на нем заводится на вход двухканального осциллографа 14. На второй вход осциллографа подключается сигнал импульса лазерного излучения, получаемый с помощью детектора лазерного излучения 15, на который заводится часть излучения, отраженного оптическим окном 4, для реперного по времени сигнала. Итак, в результате предложенных конструктивных изменений анализатором регистрируется весь реальный спектр ионов существующих в налетающей плазме и таким образом исключаются ошибки определения потока ионов в области низких энергий. Появляющееся новое физическое свойство подтверждает то, что предложенная работа соответствует критерию изобретения.

Работоспособность устройства не вызывает сомнений из общефизических понятий и может быть проверена экспериментально путем сравнения энергетических спектров частиц полученных с помощью прототипа и предлагаемого устройства для одного источника импульсной плазмы.

Устройство для исследования энергетического спектра ионов плазмы, содержащее вакуумную камеру с мишенью, в которую с помощью оптического окна и объектива фокусируется лазерный пучок, присоединенную к ней по оси разлета пролетную трубу, электростатический цилиндрический анализатор энергоспектра ионов и детектор заряженных частиц (ВЭУ) с нагрузочным сопротивлением, напряжение с которого заводится на вход осциллографа, а на второй вход заводится реперный сигнал лазерного импульса, отличающееся тем, что между пролетной трубой и анализатором размещаются электродная система, включающая два электрода под земляным потенциалом, и третий электрод, изолированный от них и размещенный симметрично между ними под отрицательным потенциалом -V.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА ИОНОВ ПЛАЗМЫ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА ИОНОВ ПЛАЗМЫ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА ИОНОВ ПЛАЗМЫ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 259 items.
10.01.2013
№216.012.1845

Способ осаждения мономолекулярных пленок фторфуллерена cf на подложку, устройство ввода подложки в вакуум и устройство для испарения фторфуллерена cf

Изобретение может быть использовано в нелинейной оптике и пироэлектрических устройствах. Перед осаждением пленки подготавливают подложку, отделяя от высокоориентированного пирографита тонкий слой с помощью двусторонней липкой ленты. Порошок CF загружают в испарительную ячейку, помещают в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471705
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.02.2013
№216.012.2632

Способ получения нанопорошков из различных электропроводящих материалов

Изобретение может быть использовано в химической, радиоэлектронной отраслях промышленности и энергетике. Из выбранного материала изготавливаются электропроводящие электроды. На электроды подают высоковольтное импульсное напряжение для генерации сильноточного разряда, происходит нагрев и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475298
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.283c

Способ постоянного поэлементного дублирования в дискретных электронных системах (варианты)

Изобретения относятся к области вычислительной техники и электроники и более точно к способам поэлементного дублирования в дискретных электронных системах, в том числе в наноэлектронных системах, подвергающихся воздействию радиации и в первую очередь потока высокоэнергетических частиц....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475820
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.286d

Ядерный реактор с водой под давлением с активной зоной на основе микротвэлов и способ осуществления его работы

Изобретение относится к области атомной энергетики и может быть использовано в реакторах типа ВВЭР с активной зоной на основе микротвэлов, включающих тепловыделяющие сборки с поперечным течением теплоносителя. Для этого предложен ядерный реактор с водой под давлением с активной зоной на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475869
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.289d

Система автоматической компенсации реактивной мощности и отклонения напряжения с широтно-импульсной модуляцией на высокой стороне трансформаторной подстанции

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении качества напряжения и улучшении энергетических и массогабаритных показателей подстанций. Устройство содержит вольтодобавочный трансформатор, который включен на высокой стороне подстанции и управляется от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475917
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.03.2013
№216.012.2eec

Многоэлементный термоэмиссионный электрогенерирующий канал

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании энергетических установок прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Технический результат - повышение эффективности многоэлементных термоэмиссионных электрогенерирующих каналов. Для этого эмиттеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477543
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.03.2013
№216.012.2f8a

Способ получения в графите графеновых ячеек с добавкой радиоактивных изотопов

Изобретение относится к области неорганического материаловедения, к способам получения материалов - бета-излучателей на основе ориентированного пиролитического графита. Процесс интеркаляции добавки трития в ориентированный графит с сечением захвата тепловых нейтронов около (4,5-6,0)10 барн...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477705
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.03.2013
№216.012.304b

Ядерная паропроизводительная установка

Изобретение относится к высокотемпературной ядерной энергетике и может быть использовано для реновации блоков с органическим топливом. Ядерная паропроизводительная установка включает высокотемпературный реактор, снабженный парогенератором и промперегревателем. Для обеспечения паром необходимых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477898
Дата охранного документа: 20.03.2013
20.03.2013
№216.012.304f

Способ формирования проводников в наноструктурах

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур и может быть использовано в нанотехнологии. Сущность изобретения: способ формирования проводников в наноструктурах включает нанесение на подложку исходного диэлектрического вещества, в молекулы которого входят атомы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477902
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.32e2

Способ извлечения гелия из природного газа

Изобретение относится к химической, нефтехимической, газовой промышленности и может быть использовано при извлечении или концентрировании гелия из природного газа. Способ извлечения гелия из природного газа включает получение гелиевого концентрата с последующей его низкотемпературной или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478569
Дата охранного документа: 10.04.2013
Showing 1-5 of 5 items.
10.06.2013
№216.012.4a19

Лазерно-плазменный генератор многозарядных ионов

Изобретение относится к генераторам ионов, предназначенным для ускорителей заряженных частиц. Технический результат - повышение зарядового состояния ионов на выходе лазерно-плазменного генератора многозарядных ионов. Сущность изобретения состоит в том, что обеспечивается возврат в лазерную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484549
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.11.2014
№216.013.0701

Высокочастотная ускоряющая структура для пучков ионов, экстрагированных из лазерной плазмы

Изобретение относится к ускорителям заряженных частиц и может быть использовано в медицине и технологии. Технический результат - увеличение интенсивности в ускоренном пучке ионов на выходе ускоряющей ВЧ-структуры ускорителя, использующего лазерные источники ионов, в которых плазма...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533194
Дата охранного документа: 20.11.2014
20.02.2015
№216.013.281b

Устройство и способ для формирования мощных импульсов co лазером

Изобретение относится к области лазерной физики и технике формирования мощных импульсов СО лазера. Оно обеспечивает генерацию коротких импульсов большой энергии, имеющих минимальную угловую расходимость, что позволяет получать высокоинтенсивные пучки СО лазера, предназначенные, в частности, для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541724
Дата охранного документа: 20.02.2015
10.05.2018
№218.016.4444

Устройство для исследования характеристик ионного потока плазмы, создаваемой импульсным источником, в частности coлазером

Изобретение относится к средствам измерений в физике плазмы и физике заряженных частиц. Устройство для исследования плазмы, создаваемой импульсами лазера, состоит из вакуумной камеры с облучаемой мишенью, время-пролетной трубы, электростатического анализатора энергоспектра ионов, детектора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649914
Дата охранного документа: 05.04.2018
29.05.2018
№218.016.58dd

Устройство и способ для формирования мощных коротких импульсов co

Изобретение относится к лазерной технике. Устройство для формирования мощных коротких импульсов СO лазером состоит из последовательно расположенных задающего генератора на линии Р(20) 10-мкм полосы, трехсекционной резонансно-поглощающей ячейки со смесью SF и N, оптической схемы геометрического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653568
Дата охранного документа: 11.05.2018
+ добавить свой РИД