中子管靶面二次电子抑制.pdf

第! “卷第!期 ! # # “年“月 长安大学学报$自然科学版% 3 5 * ; 5 , ? ! “ 9 ? ! + ) A! # # “ 收稿日期B ! # # ! C # D C ! # 作者简介B王静$ E F G D C % H女H辽宁大连人H大连大学高级讲师A 文章编号B E G I E C J J I F $ ! # # “ % # ! C # E # I C # D 中子管靶面二次电子抑制 王静H段萍 $大连大学 物理系H辽宁 大连E E G G ! ! % 摘要B通过实验给中子发生器的靶的上方加一抑制电压$负电压% H使靶表面发射的二次电子受到 抑制H从而使中子管达到更好的工作状态K 关键词B中子管L靶L抑制电压L二次电子 中图分类号B MN I E ? N文献标识码B O P Q R S T R U V WX S YZW Y T S Q V V R S _ W T S YU Q Y a T R S W V W T Q S Q Z X Q _ W a Q X T W bcdef g h i Hjk cd l g h i $ m 5 n + ) 7 o5 * 7 - p / 8 6 3 ; 6 Hm + , 3 + *2* 3 4 5 ) 6 3 7 8 Hm + , 3 + *E E G G ! ! H. / 3 * + % q r Q X T BO = 5 o * 6 7 ) + 7 3 * -+ *5 s n 5 ) 3 o5 * 7t+ 6; + ) ) 3 5 = ( 7 H3 *t/ 3 ; /n ) / 3 u 3 7 3 4 54 , 7 + 0 53 6 + = = 5 =7 7 / 5( n n 5 )7 + ) 0 5 7 -7 / 5* 5 ( 7 ) 0 5 * 5 ) + 7 5 )7 ; * 7 ) , 7 / 56 5 ; * =n ) = ( ; 7 3 * -5 , 5 ; 7 ) * 6 - ) o 7 / 56 ( ) - + ; 5 - 7 / 57 + ) 0 5 7 3 * ) = 5 ) 7 o+ v 57 / 5* 5 ( 7 ) 7 ( u 5t ) v3 *+u 5 7 7 5 ) ; * = 3 7 3 * A wW xy Q Y B * 5 ( 7 ) 7 ( u 5 Ln ) / 3 u 3 7 3 4 54 , 7 + 0 5 L7 + ) 0 5 7 中子射线不论在基础理论研究方面H还是在国 防z医疗和农业生产方面都日益重要K要开展这方面 工怍H首先要研制各种类型的中子源K密封中子发生 器是一种设备简单H小型轻便的中子源K中子发生器 包括中子管H高压电源和控制箱等几部分H其中密封 中子管是发生器的核心部分K中子管包括离子源H加 速系统H靶和氘补偿器等几部分H全部密封在陶瓷管 内一个完整的电真空器件K从离子源产生的氘离子 在高电场下加速而达到固体靶上H实现 m$ = * % “ 5 产生快中子K | 实验装置 抑制二次电子的实验装置如图E所示K z ! 分别为离子源阳极电流的阳极电压L ! “为离子源的 电压L #为引出电流K 此中子管包括I个离子源的I路引出H图E画 出其中的一路K本实验使用中间一只离子源工作H只 有一路引出K多路引出的二次电子抑制情况与一路 引出时应该是一致的K 图E抑制二次电子实验装置 $ E %离子源K此中子管采用彭宁型阴极离子源H 它先把氘分子电离成离子H然后离子在电场中得到 加速K它还可使离子从离子源中引出离子束K $ ! %引出电极z加速电极z抑制电极K这三个电极 只用一个电极就可代替K引出电极主要从离子源引 出H形成离子束K加速系统是由离子源的阴极和高电 压电极组成H它同时完成离子的引线z成型和加速三 项任务H抑制电极主要是起抑制二次电子的作用K $ “ %靶K用的是含O0 I # $和. ( “ # $的固体靶H 圆形K此靶耐高温H寿命长K 万方数据 ! “ #抑制电阻$在靶和抑制电极之间加不同的电 阻%就可获得不同的抑制电压%故对二次电子的抑制 作用也不同$ ! 其中% 为轰击到靶面的离子束垂直靶面的夹角? 8 为吸收系数? 9 :为二次电子被发射的平均距离% 如果 56 % 离子束是垂直射靶%二次电子的发射就比较困 难?如果 6 %离子束倾斜射靶%与靶面的分子发生 反应%二次电子发射比较容易$越大%发射二次电 子就越容易$ ! “ #当一个离子打出一个电子时%等效为两个离 子打在靶上$用微安表在样品上测得的离子束流强 度也比实际值大一倍$这样测得的束流很不准%其中 含有大量的二次电子流$被离子打出的二次电子%大 多数能量很低$但是二次电子的能谱有一个很长的 尾巴%最高的能量近似为“ ! A/B AC# D %其中A/为电 子的质量% AC为轰击离子的质量% D为离子的能量$ 若给定EF . 的速度为*5( 6 , ; “ ?+ ;+ * ;? , ; 2 6 - .A , ;A + ;= * ;+ * ;* ;* , ;* , ;* A ; 3 6 8;+ * “ ;+ ,+ + , ; ; 2 6 - ., * ;A ? ;= A ;+ = ;* , ; 2 6 - ., ;, * ;= ? ;+ A ;+ ; ;* ;* ;* ? ; 3 6 8;+ , “ ,= A “ +A ? ? ,+ , , ; ; 2 6 - .? + ;, A ;= ;+ ? ;+ * ;* ;* ;* ; 3 6 8;+ “ ;= ? “ *, +? ;, ? ;A ; ;+ ;+ + ;* ; 8高压* ; * “ +7 8时/抑制电压为 * ; , 8高压渐增/则抑制电压也渐高$以高压为横坐 标/抑制电压为纵坐标/则其图象是一条直线0图= 中.C D 5 $ 图+ 3 E 2实验曲线 ! “ F 经验公式 图= 34E 3实验曲线 图=中 .C D代表 方程/即其经验公式为 3 GH 34IJ $其中/ H C J 分别为直线的斜率和 截距$由图=直线K可 知/ H G ; “ ; ; * / J G * + + 8/故此经验公式为3 G; “ ; ; * 34I* + + $ 高压 更大 时/可 延 长 直 线/ 找出相应抑制电压$ 直线.是根据数据绘制的/而直线D是将直线 .的抑制电压都扩大二倍所得$前已指出抑制电压 过大有不利影响/但扩大二倍还达不到产生不利影 响的程度$适当扩大抑制电压/不但可抑制较多二次 电子/且可扩大电压取值范围/即扩大中子管工作区 域/效果更好$与直线.相交的直线L的横坐标仍 是高压/纵坐标是对应的二次电子能量/这是一条理 论图线/与实验曲线有一些偏离$ ;* 第+期王静/等%中子管靶面二次电子抑制 万方数据 ! 束流中的二次电子含量的初步估计 准确计算无抑制电压时中子管束流中的二次电 子所占比重比较困难“这和靶的纯度和清洁度#离子 源的原子离子比和管内气体纯度均有关“特别是靶 面反射的二次电子#能有多少穿过加速极孔形成二 次电子流也难以准确计算“本文从理论上粗略估算 束流中二次电子的数量#再通过实验确定在上述计 算工作状态下#加一有效抑制电压#实际能抑制的二 次电子的数量“这样能初步估计中子管在加有效抑 制电压后束流中二次电子的含量“ ! $ % 理论估算 不加抑制电压时#束流强度 $ 97 8#根据其 他 材料的实验曲线#查出含 2 ? . 0 的靶3 / $ ; “系数*的估计可根据 加速极孔的几何图形A图 -所示B “ 加速极孔共有;个#每孔直径/ $ 5C :#中间孔 离外边孔距为/ $ 5C :#整个外围圆的半径5 $ . 9C :“ ;孔面积和为; D E 5# 外圆面积D F 5# 二次电子实际穿 过孔的利用率为 ; D E 5 D F 5 ;G 0 $ 9 5 - H / 5 0 $ / 6 / 6 因所加高压都是几万伏#故离子到靶上产生的二 次电子#其能量比较大#一般为几百伏“又加速系统到 靶的距离比较长#二次电子易使气体电离“这样又产 生一些离子和电子#使流增加#即*值增大“这种碰撞 是不可避免的“尽管加速极到靶之间抽成真空#但是 系统中仍含大量的残余气体分子“在标准状态下#在 /个大气压下气体分子密度是I J0 9 $ 0 5 . G/ 0 5 . 5 5 $ - G/ 0 . 5 $ 9 K G/ 0 / K A个L C :B “因此#真空度为M的气体分子 密度为J 5 H 9 K G/ 0 / K ; 9 0 . H 6 - G/ 0 / 9 MA 个L C :B #即真 空度为/ 0 N.托的系统# 每C :.体积内有. $ 6 - G/ 0 / . 个气体分子“所以二次电子到达此区域时#必定与气 体分子产生电离碰撞“单位时间内在长度为O的束 流 传 输 线 上#电 子 通 量 变 化 率 为 P Q Q0A / N R N. H 6 - G/ 0 / 9 M S OB “ 其中S是碰撞截面# Q 0为O 0处的电 子通量#量得O / 9 $ -C :#查表S / G/ 0 N/ 9C :5“ P Q Q0/ NR N. H 6 - G/ 0 / 9 G/ 0 N. G/ 0 N/ 9 G/ 9 H - / N / R 0 $ 0 6 T0 $ 0 6 9 O 0 H / 6 (0 H / 6 G0 $ 0 6 9 U0 $ / 9 又根据 G0 H / 9 故 U5 - -1 2#而二次电子流为. / 0 N5 - - 9 91 2“ ! $ V 分析及结论 按理想情况#此束流就是离子流#即全部抑制住 二次电子流应为. / 0 N/ . 0 / T 01 2“如果/ . 01 2 中还有二次电子流#则此值会更大“由此看出由实验 抑制的二次电子大于理论估算“原因在于没有考虑 靶的纯度#及二次电子的反向聚焦作用#且认为二次 电子是均匀入射到;个孔上的“在估计W和*系数 时也粗略“把这些因素都考虑进去#则理论计算的二 次电子流不会超过实验值/ T 01 2“即用这种方法能 够完全抑制二次电子“ 以上分析可以看出抑制电压对靶面二次电子的 抑制有效“中子管束流的二次电子比重小#以上考虑 的是理想聚焦情况#即离子流不轰击加速电极“实际 不然#但这种情况产生的二次电子流无法用抑制电 压消除#应从离子聚焦方面解决“此问题