190455. lajstromszámú szabadalom • Eljárás földelt fémtubusú és klönböző előjelű elektromos töltésű részecskék detektálására használt elektronsokszorozó beeső ionok számára vonatkoztatott erősítési tényezőjének stabilizálására, és berendezés az eljárás foganatosítására
1 190 455 2 A találmány tárgya eljárás földelt fémtubusú és különböző előjelű elektromos töltésű részecskék detektálására használt elektronsokszorozó beeső ionok számára vonatkoztatott erősítési tényezőjének stabilizálására, és berendezés az eljárás foganatosítására. A földelt tubus alatt a következők értendők. Vákuumtechnikai módszerek esetén ultravákuum berendezéseket használnak, amelyekben a maradékgáz nyomása 10 8 Pa nagyságrendű. Ilyen kis nyomással működő vákuumkamra csak fémből kivitelezhető. A földelt tubus tehát a gyakorlatban egy fém vákuumkamra belépőnyílása, amelyben az erősítést végző elektronsokszorozó helyezkedik el. Jelenleg vákuumban történő áramerősítés céljára számos különböző konstrukciójú elektronsokszorozót használnak. Ezek konstrukciójukat tekintve igen sokfélék. Két alapvető típus azonban megkülönböztethető, nevezetesen diszkrét dinódákból álló illetve folytonos dinóda elrendezésű változatok. Az alapvető közös vonás azonban az, hogy aktív felületük egynél nagyobb szekunder emissziós tényezőjű anyagból állnak és a kaszkádszerű sokszorozási folyamat révén egy beérkező elemi töltésre kb. 10s— 10° db elvezethető elemi töltés jut. (Egy elemi töltés 1,6 • 10 19 As.) Elektronsokszorozók konstrukciójával számos szabadalmi bejelentés foglalkozik, nevezetesen a 12005 (1939 USA): 126674 (1941 német): 123846 (1940 USA): 133172 (1944 USA): 126259 (1937 német): 2414658 (1982 NSZK): 2300316 (1982 NSZK) szabadalmi bejelentések. Fenti szabadalmi bejelentések közös vonása, hogy kialakított sokszorozó elrendezés üvegbúrában helyezkedik el, vagyis a szerkezethez tartozó fémelektródák közelében nincs hozzájuk képest nagyfeszültségen lévő más fémalkatrész, vagy pedig a bejelentés egyáltalán nem tér ki a sokszorozót körülvevő térrészben lévő objektum hatásaira. A felsorolásban említett 2414658-as bejelentés egy speciális csatorna elektronsokszorozót szabadalmaz míg a 2300316 lajstromszámú bejelentés egy elektronsokszorozóknál alkalmazható távtartó szerkezetet szabadalmaz. Az elektronsokszorozó ún. dinódákból épül fel, amelyekre a megfelelő lépcsőfeszültséget egy vákuumtérben elhelyezkedő ellenállás osztó biztosítja. Gyakorlati igény, hogy az elektronsokszorozót mint egy egységet potenciálban emeljük a földhöz képest a dinódákra leoszlott lépcsőfeszültség változatlan hagyása mellett. Ez az igény alapvetően a szekunder ion tömegspektrométer berendezésekben (SIMS) vetődik fel pozitív és negatív ionok detektálása alkalmával. Megfigyelhető volt, hogy az elektronsokszorozónak mint egységnek a vákuumberendezés fémfalához képest nagypotenciálú elemelésének változtatásakor a sokszorozó erősítési tényezője megváltozott. A változás csökkenő jellegű volt akkor, ha az elemelési potenciál nagy pozitív értékről nagy negatív potenciálú értékre változott. Ezen csökkenés a sokszorozó osztóláncra kapcsolt feszültség utólagos növelésével kompenzálható, amelynek nemkívánatos következménye a sokszorozó sokszorozási tényezőjének csökkenése és az eszköz idő előtti tönkremenetele. Ezen probléma legáltalánosabb megoldása az, hogy gondoskodunk arról, hogy az elektronsokszorozóban a sokszorozási folyamat során létrejövő szekunder elektronok az elektronsokszorozót ne hagyhassák el. Ennek a legáltalánosabb megoldásnak jelen találmányban egy konkrét realizációja szerepel, amelyben egy megfelelően kialakított és megfelelő potenciálra kapcsolt árnyékoló henger segítségével meggátoljuk a sokszorozón létrejövő szekunder elektronok nemkívánatos eláramlását. Az eljárásra jellemző, hogy az elektronsokszorozót körülvesszük valamely nem ferromágneses vezető anyagból készült árnyékoló hengerrel. Az árnyékoló hengert galvanikusan elszigeteljük környezetétől és fémes kivezetéssel látjuk el amelyet kivezetünk a vákuumrendszerből. Az árnyékoló hengerre az első dinóda potenciáljával megegyező potenciált kapcsolunk. Eközben a vákuumrendszert lő3 Pa-10 8 Pa nyomástartományban működtetjük, a hőmérsékletet szobahőmérséklet és 250 *C között tartjuk. A berendezést az jellemzi, hogy az elektronsokszorozót körülvevő árnyékoló henger a kerámiagyűrűhöz oldhatatlanul van rögzítve, az árnyékoló henger kivezetése a vákuumtéren belül az árnyékoló hengerrel fémes vezetékkel van összekötve, a kerámiagyűrű az elektromos bevezetőkkel ellátott karimához oldható módon van rögzítve. Az alábbiakban az 1. 2. és 3. ábra alapján részletesen ismertetjük a találmány működését valamint az eljárást megvalósító kiviteli alak részletes statikus leírását adjuk. 1. ábra Földelt fémtubusban működő elektronsokszorozó potenciálviszonyai nagy negatív elemelő potenciál alkalmazásakor 2. ábra Földelt fémtubusban működő elektronsokszorozó potenciálviszonyai nagy pozitív elemelő potenciál alkalmazásakor 3. ábra Földelt fémtubusban elhelyezkedő elektronsokszorozó és a találmányban leírt eljárást foganatosító berendezés A potenciálviszonyokat vázlatosan szemléltető ábrák alapvetően két részre tagolhatok. Az egyik rész az első és utolsó dinóda közti potencíállejtő, amelynek szintkülönbsége a sokszorozó nagyfeszültsége (UM). Ez azonos a két ábrán. A másik rész az ionok behúzására szolgáló elemeiő potenciál (Up), amely pozitív ionok esetén negatív értékű (2. ábra) és viszont. Belátható, hogy negatív ionok detektálása esetén nehézség nem adódhat, hiszen a dinódáknak a sokszorozót körülvevő fémtubushoz képesti potenciálja mindig pozitív, így a keletkező szekunder elektronok teljes mennyisége a következő dinódra jut, nem lévén más pozitívabb pont a környezetben. Más a helyzet azonban pozitív ionok detektálása alkalmával (2. ábra). Megfigyelhető, hogy ekkor UM és UP nagyságviszonyától függően a teljes sokszorzó vagy pedig dinódáinak nagy része olyan potenciálra kerül, hogy a hozzá képest legpozitívabb potenciál nem a kővetkező dinóda, hanem a fémtubus lesz. így lehetőség van rá, hogy egy ilyen dinódán keletkező szekunder elektronok egy része elhagyja a sokszorozót és így az erősítés lecsökkenjen. A fenti probléma megoldása az, hogy gondoskodunk arról, hogy a sokszorozót körülve5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
