Шпоры (отличные) по МЭСА 7 семестр

Если на выходе поставить щель шириной 2h=2 то детектор будет регистрировать частицы

E0-∆E E0+∆E, ∆E= E0(h/)

∆E- ширина энерг. окна относительное разрешение по энергии

разрешающая способность

Сферический детектор

та же штука, только обкладкичасть сферического конденсатора.→ фокусировка не только по вертикали , но и по горизонтали.Угол раствора π.

анализатор цилиндрическое зеркало (АЦЗ)

частицы с разными энергиями пролетят разные расстояния.

угол раствора 42°20`

В реальности на вход поступает ионный пучок, имеющий угловую

14.2расходимость, и входная диафрагма магнита имеет конечную ширину, → радиус окружности, по которой двигается ион при фикс. В отличается от

вычисленного. получится более сложное выражение Итог разрешение по массам определяется геометрией электромагнита (радиус магнита, ширина щелей входной и выходной диафрагмы).

←масс-спектр ионов изотопов свинца (RМ = 380)

В эксперименте измеряется зависимость от индукции магнитного поля, потом пересчитывается в массу ионов.

альтернативное определение разрешения по массам,

отношение массы иона к ширине δm пика (в единицах массы) на полувысоте пика.

классификация по разрешениям:

RМ< 102 низкое разрешение,

RМ = 102-103 — среднее,

RМ = 103-104 — высокое,

RМ > 104— очень высокое.

квадрупольный масс-анализатор

разделение ионов производится в поперечном электрическом поле с гиперболическим распределением потенциала. Поле создаётся

квадрупольным конденсатором (квадруполем), состоящим из четырёх стержней круглого сечения, расположенных симметрично и параллельно центральной оси . Противолежащие

стержни соединены попарно, и между парами приложены постоянная и переменная высокочастотная разности потенциалов.

Пучок ионов вводится по оси квадруполя. При фиксированных значениях частоты ωи амплитуды переменного напряжения U0 только у ионов с определённым значением m/q амплитуда колебаний в направлении, поперечном оси анализатора, не превышает расстояния между стержнями. Только такие ионы попадают на коллектор.

механическая аналогия: катящийся по инерции вдоль образующей цилиндра шарик. Если на него не действуют никакие силы, то он скатится. Если же его слегка подтолкнуть в момент скатывания, то шарик вернется наверх и начнет скатываться в другую сторону. Толчок с этой стороны снова перебросит шарик на другую сторону и т.д.

Для шарика заданной массы можно подобрать силу и периодичность толчков таким образом, что шарик будет катиться по образующей цилиндра бесконечно долго.

квадрупольные масс-анализаторы обладают высоким разрешением по массам ~ 103 проще и дешевле магнитных.

Канальный электронный умножитель (КЭУ )- тонкая трубку из свинцово-силикатного стекла диаметром ~ мм, изогнутую в виде полукольца радиусом несколько см. В результате специальной обработки поверхность трубки имеет высокое удельное сопротивление и

коэффициент электрон-электронной эмиссии σ > 1, полное сопротивление между концами

трубки ~ ГОм . На вход трубки подается отрицательный потенциал U = 2-3 кВ, выход – заземляется. За счет этого получается электрическое поле, спадающее вдоль длины трубки.

Заряженная частица попадая в КЭУ и ударяясь о стенку трубки, вызывает

вторичную электронную эмиссию.

Электроны ЭЭэмиссии, ускоряясь в электрическом поле, ударяясь о стенку трубки, , вызывают дальнейшее увеличение числа электронов,

отношение количества электронов на выходе КЭУ к количеству на входе – коэффициент усиления ~108-109.

схема включения КЭУ →

характеризуется:

•выходным током 0,1-2 мкА;

•коэффициентом усиления 108-109;

•темновым током 0,01-0,1 имп/с;

•длительностью импульса 2-30 нс;

•динамическим диапазоном 1-104 имп/с.

Параметры могут изменяться от:

температуры;

давления, при котором эксплуатируется КЭУ;

режима тренировки после вскрытия на атмосферу;

от флюенса регистрируемых ионов.

Микроканальные пластины (МКП) - сотовые структуры, образованные большим числом(несколько миллионов) стеклянных трубок (каналов) диаметром 5-15 мкм с внутренней полупроводящей поверхностью, имеющей сопротивление от 20 до 1000 МОм. т.е МКП это сборка из большого количества КЕУ (картинка 15.2)

Размеры МКП - от нескольких мм до 10 см и больше. Форма МКП–любая, необходимая для конкретного приложения. поверхность может быть сделана сферической или цилиндрической,. Плотность каналов ~ 106 канал/см2 при при их диаметре ~ 10 мкм

свойства – большой коэффициент усиления, высокое пространственное и временное

разрешение..

Для нормальной работы МКП требует давление не менее 10-6 Торр.

перебрасываются в зону проводимости, оставляя в валентной зоне дырки. При наличии напряжения смещения электроны и дырки разделяются и собираются электродами, напыленными с обеих сторон кристалла. Атом кремния остается в возбужденном состоянии, так как на испускание фотоэлектрона расходуется только часть энергии рентгеновского кванта. Эта энергия выделяется либо испусканием Оже-электрона, либо кванта характеристического рентгеновского излучения кремния. Оже-электрон испытывает неупругие рассеяния и также создает электрон-дырочные пары. Кванты рентгеновского излучения кремния могут повторно поглощаться, инициируя процесс снова.

последовательность событий, в результате которых вся энергия первично кванта рентгеновского излучения остается в детекторе. Поэтому количество электрон-дырочных пар,

созданных квантом с энергией ħω определяется соотношением, аналогичным для случая ПБД

N0 = ħω/ε.

Таким образом, амплитуда импульса от одного рентгеновского кванта пропорциональна его энергии. Используя многоканальный анализатор импульсов или ЭВМ, можно измерить энергетический спектр рентгеновского излучения, попадающего на вход Si(Li) рентгеновского спектрометра.

Основные понятия вакуумной техники, длина свободного пробега ионов 16.1 при различных давлениях, адсорбция остаточных газов на поверхности

образца, методы очистки поверхности.

вакуум- состояние разреженного газа при низком давлении Количественной характеристикой состояния является давление р, единицей измерения которого служит паскаль (Па).

градации вакуума:

•низкий вакуум – 105 > р > 100 Па;

•средний вакуум – 100 > р > 0,1 Па;

•высокий вакуум – 0,1 > р > 10-5 Па;

•сверхвысокий вакуум – р < 10-5 Па.

остаточным газ- оставшиеся после откачки вакуумной камеры газы Любые вакуумные насосы обладают селективностью откачки – лучше откачивают одни

газы и хуже другие. →состав остаточного газа зависит от того какой вакуумных насос используется и как отличается от состава атмосферы.

Состав атмосферы : азот – 78%, кислород – 20%, аргон – 0,93%, (CO2, Ne, He, CH4, H2) ~1%. В случае откачки до высокого вакуума основным компонентом является водяной пар, а в сверхвысоком – водород и гелий.

универсальный газовый закон

где N – число молекул (атомов) газа в объеме V, при абсолютной температура Т и давлении p.

в 1 см3 и температуре 300 К

1Па ~ 2,4 1014 частиц,

1Торр~3,2 1016 частиц.

10-6 Па ~2,4 108 частиц 10-6 Торр~ 3,2 1010. частиц

остаточный газ в камере где распространяется энерг. пучок → рассеяние пучка на атомах

при каком давлении этот процесс будет оказывать существенное влияние ?

Длина своб. пробега иона между столкновениями с атомами остат. газа λ = 1/Nσ,

где σ – сечение взаимодействия,возьмем для абсолютно упругих шаров: σ = πd2/4 и d = 5 Å. 10-6 Торр N = 3,2 1010 атомов/см3, →, λ = 4 103 см = 40 м

Помимо рассеяния есть также перезарядка иона на атоме остаточного газа за счет захвата электрона атома, с которым взаимодействует ион. Сечение этого процесса ~ 10-15 см2, т.е.

того же порядка, что и рассмотренное выше сечение столкновения, поэтому λ~10м. Вывод:Для распространения ионного пучка не требуется сверхвысокий вакуум. Для электронного пучка тоже.

Влияние остаточного газа на состояние поверхности образца

Поверхность о бомбардируется атомами остаточного газа с плотностью потока