SU332376A1 - Датчик для измерения параметров малоэнергетичной плазмы - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  физических исследований космического иространства и может быть использовано дл  измерени  параметров малоэнергетичной плазмы , имеющейс  в магнитосфере Земли и вне ее. К числу измер емых параметров относ тс : потоки зар женных частиц, направление их прихода и распределение этих частиц по энерги м. Результаты измерений позвол ют судить о физических процессах, происход щих в космическом пространстве.

Дл  измерени  параметров малоэнергетичной плазмы обычно примен ют электростатический анализатор, в котором дл  анализа зар женных частиц по энерги м используетс  отклон ющее электростатическое поле. Кинетическа  энерги  частиц в анализаторах не измен етс , а траектории движени  станов тс  криволинейными.

Однако электростатические анализаторы имеют недостатки. Они не позвол ют непосредственно измер ть интегральные потоки; регистрируемые ими потоки зар женных частиц имеют малую величину из-за селекции их в узком энергетическом диапазоне (следовательно , требуетс  повысить чувствительность электронной регистрирующей схемы); при регистрации частиц с энергией от 1 до EZ щирина энергетического диапазона (EZ-fi) не может быть выбрана сколь

угодно малой. Относительна  щирина диапа„ А / „ i + з зона где Е - --средн   энерii Y

ги  1 в лучщих современных анализаторах не /

может быть меньше несколькнх процентов. Относительна  ширина энергетического диапазона б по принципу регистрации  вл етс  посто нной величиной дл  всего исследуемого диапазона энергий. Поэтому при изменении средней энергии Е абсолютна  ширина энергетического диапазона Af не остаетс  посто нной , а растет с ростом энергии. Это сужает возможности анализа, особенно в случае неравновесных распределений частиц п плазме.

Предлагаемый датчик позвол ет при регистрации потоков космической плазмы получить узкую и симметричную диаграмму направленности , повысить при этом абсолютные значени  измер емых токов и, кроме того , обеспечивает регистрацию частиц в любом диапазоне энергии. Это достигаетс  благодар  новому способу

измерени  потоков зар женных частиц, основанному на отражении и фокусировке этих частиц с последующим анализом их энергий методом задерживающего потенциала.

Датчик состоит из отражающего узла (электростатического зеркала) и коллекторного узла.

Отражающий узел выполнен в виде вакуумного электростатического конденсатора, состо щего из двух металлических обкладок (электродов), разделенных вакуумным нромежутком . Конденсатор размещен внутри сплошного металлического корпуса 1. Одной из обкладок конденсатора служит тонка  высоконрозрачна  металлическа  сетка 2. Она  вл етс  передней (входной) поверхностью корпуса 1 и имеет форму параболоида вращени , Внутри корпуса на изол торах 3 укренлен отражатель 4, который представл ет собою вторую обкладку конденсатора. Отражатель также имеет форму конфокального параболоида вращени .

Электростатический конденсатор может иметь любую форму поверхности второго пор дка с фокусом.

Коллекторный узел крепитс  к корпусу / с помощью тонких кронщтейнов 5. Этот узел заключен в металлическнй экранирующий стакан 6, внутри которого на изол торах 7 установлены коллектор S и запирающа  сетка 9. Входное окно стакана, обращенное в сторону зеркала, зат нуто металлической сеткой 10, котора  электрически соединена со стаканом. Рассто ние от коллекторного узла до корпуса 1 должно быть таким, чтобы фокус электростатического зеркала находилс  между коллектором 8 и входной сеткой W. Это позвол ет значительно уменьшить площадь коллекторного узла по сравнению с площадью зеркала и, следовательно, уменьщить площадь облучаемой светом поверхности и повысить отнощение величины полезного сигнала к величине фона, обусловленного фототоками прибора. Кроме того, интенсивность освещени  коллектора также значительно уменьшена благодар  тому, что коллекторный узел может быть освещен только светом, отраженным от электродов конденсатора. К тому же интенсивность этого отраженного света может быть снижена за счет нанесени  на электроды конденсатора покрытий, эффективно поглощающих световое излучение.

Соотнощение размеров входного окна коллекторного узла и фокусного рассто ни  зеркала определ ет остроту диаграммы направленности .

При работе датчика соедин ют корпус 1, сетку 2, кронщтейн 5, стакан 6 и сетку 10 с корпусом летательного аппарата, подают на отражатель анализирующее напр жение И, знак и величина которого определ ет знак регистрнруемых частиц и их максимальную энергию , подают на сетку 9 заннраюнтее напр жение , величина которого определ ет минимальную энергию регистрируемых частиц, на коллектор 8 подают напр жение смещени  относительно сетки 9 дл  подавлени  вторичной эмиссии с коллектора.

Потоки регистрируемой плазмы попадают в зазор между сеткой 2 и отражателем 4, анализирующее напр жение U создает в этом зазоре электростатическое поле. Проникающа  в зазор п.газма раздел етс  на дие комноненты: поло ::ительную и отрицательную . В зависимости от знака напр женн  и одна из этих компонент ускор етс , и частицы , составл ющие эту компоненту, попадают

на отражатель 4. Частицы противоположного знака тормоз тс  в поле электростатического зеркала. Если их энерги  достаточна дл  преодолени  тормоз щего пол , они также попадают на отражатель 4. Если же энерги  недостаточна - частицы отражаютс  и выход т из зазора в обратном направлении. Прн этом за счет формы электростатического зеркала все отраженные частицы, которые первоначально (до входа в зазор) двигались

параллельно оси круговой симметрии датчика , сфокусируютс  вблнзн одной точ;(и - фокуса . Частицы с другими наиравлени мн первоначального движени  пройдут вдали от точки фокуса. Те частицы, которые достигли района фокуса, попадают в коллекториый узел. Пройд  сквозь сетку 10, они попадают под воздействие запирающего потенциала, поданного на сетку 9. Если энерги  частиц достаточна дл  преодолени  потенцнального барьера сетки 9, то они проход т ее и попадают на коллектор 8. Такнм образом, датчик дает возможность регистрировать частицы онределенного знака с энерги ми от Е-, до ЕЧ и с направлением движени  нараллельно оси датчика .

Коиструктивное выполнение датчика позвол ет повысить эффективность его работы, а именно:

использовать больщую площадь входной

иоверхности, что увеличивает регистрируе.мый сигнал без ухудщени  энергетических характеристик;

достичь острой и симметричной угловой диаграммы направленности;

регистрировать интегральные потоки в -заданном диапазоне энергий и обеспечить измереиие абсолютной щирины диапазона А/Г по любому закону; эффективно -нодавл ть фототоки за счет

того, что приемный узел не направлен на Солнце н имеет площадь значительно меньшую , чем нлондадь входной поверхности конденсатора; легко нзмен ть ширину угловой диаграммы

направлепности за счет изменени  размеров входного окна коллекторного узла;

при одном отражающем узле регистрировать одновременно нотоки частиц, имеющих различные направлени , устанавлива  несколько нриемников в различные точки фокальной поверхности.

мическом пространстве, содержаиигл электростатический анализатор, отличающийс  тем, что, с целью сужени  диаграммы направленности , анализатор выполнен в виде электростатического зеркала, которое имеет форму поверхности второго иор дка, например форму параболоида вращени , причем один электрод анализатора, обращенный в сторону регистрируемого потока, выполнен в виде высокопрозрачной металлической сетки так, что

обеспечиваетс  фокусировка отраженных от зеркала зар женных частиц в точку пространства , где установлен коллекторный узел, экранированный от случайных потоков частиц .

2. Датчик по п. 1, отличающийс  гем, что коллекторный узел содержит секционированный собирающий электрод, кажда  секци  которого регистрирует частицы в определенном угловом диапазоне.

Л усилителю