ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Мониторы и детекторы рассеяния пучков из "Кинетика Катализ Том 18" Важнейшей проблемой, определяющей успех любого эксперимента с молекулярными пучками, а также эксперимента с малыми сечениями исследуемых процессов, является проблема мониторинга пучков и, особенно, детектирования продуктов рассеяния. В конечном итоге именно чувствительность детектора к регистрируемым частицам или их энергии определяет информативность эксперимента. [c.192] В значительной мере успех исследований динамики элементарных процессов на раннем этапе щелочной эры был обусловлен разработкой и последующим совершенствованием дифференциального детектора с поверхностной ионизацией, способного определять различия в сигналах от ионизации атомов и двухатомных молекул солей щелочных металлов [184]. [c.192] Дальнейший прогресс этих исследований связан с разработкой новых методов детектирования и созданием конструкций, реализующих эти методы в высокочувствительные устройства с необходимыми селектирующими качествами. [c.192] К настоящему времени достигнут значительный прогресс в разработке детекторов обоих классов, обладающих высокой чувствительностью. Однако следует понимать, что универсальный с точки зрения получаемой информации детектор, видимо, создать невозможно, по крайней мере, на базе известных в настоящее время методов. Другая проблема с чисто экспериментальной точки зрения состоит в том, что большая часть детекторов с высокой чувствительностью представляет сложные и дорогостоящие устройства, требующие специальных условий для нормальной работы. Поэтому выбор детектора во многом определяет возможности всей установки и, в свою очередь, в значительной мере их выбор определяется свойствами исследуемой системы и той информацией, которую необходимо или возможно получить. [c.193] Проблема детектирования в исследованиях с молекулярными пучками разбивается на две. Первая связана с измерением интенсивности и характеристик самих молекулярных пучков, т. е. с мониторингом пучков. Вторая проблема, внешне похожая на первую, обусловлена детектированием продуктов рассеяния молекулярных пучков, их угловых распределений, распределений по скорости и внутренним состояниям. Обе проблемы имеют свою специфику современные установки оснащены, как правило, отдельными мониторами пучков и детектором рассеяния. Важность мониторинга пучков, т. е. измерения нестабильностей в интенсивностях и т. п., связана с необходимостью внесения поправок в экспериментально измеряемые величины, особенно если достижение необходимой статистики требует длительного накопления. [c.193] В качестве мониторов обычно используются те же устройства с поверхностной ионизацией и масс-спектрометры различного типа, причем регистрация пучков из-за достаточно высокой интенсивности не требует реализации такой предельной чувствительности как регистрация продуктов рассеяния. Широкое, распространение в качестве мониторов пучков, не содержащих атомы щелочных металлов, получили радиочастотные масс-спектрометры со средними характеристиками, такие как монополяр-ные масс-спектрометры, омегатроны и т. п. [185]. [c.193] В качестве монитора импульсного молекулярного пучка в [ 188] предложено использовать микрофонный эффект,, т. е. отклик электретного микрофона на воздействие импульса газа. Построена математическая модель воздействия на микрофон импульса гауссовой формы в пределах очень короткого и очень длинного импульса. Из модели получено аналитическое выражение, связывающее выходное напряжение микрофона с параметрами газового импульса. Экспериментальная проверка с импульсным источником пучка, описанная в работе [188, показала справедливость вывода теории о пропорциональности амплитуды выхода потоку газа и совпадении временных зависимостей выходного сигнала и импульса газа, если длительность импульса, превышает период низкочастотных колебаний мембраны. Для очень коротких импульсов газа выходной сигнал микрофона несколько искажается и максимум амплитуды колебаний мембраны микрофона пропорционален интенсивности газового потока. [c.194] Мониторинг внутренних состояний частиц в пучках с использованием оптических методов или методов радиочастотной спектроскопии также не требует рекордных характеристик по чувствительности. Вопросы чувствительности и сложности применяемых устройств зависят, главным образом, от степени детализации необходимой информации, и, если требуемая глубина детализации достаточно велика, то агапаратурная реализация может быть сложной и дорогостоящей. [c.194] Однако возникновение двух и более ионо-в в одном процессе и необходимость получения двойного или большей кратности сечения требуют применения опециальных энерг0анализат0р01в сепараторов масс и другой техники, оснащенной системами накопления сигнала и выделения его из шумов. [c.195] Разновидностью мониторинга пучков является измерение и абсолютной интенсивности, необходимой для определения абсолютных сечений рассеяния. Эти измерения представляют значительные трудности и, несмотря на их важность, устройств,, позволяющих проводить абсолютные измерения, разработано не много. [c.195] Этот метод был использован для калибровки молекулярных пучков Аг, Кг, N2, I2, и проведенные измерения хорошо согласуются с рассчитанными величинами. [c.196] Детектор нового типа, разработанный для измерения абсолютных интенсивностей пучков, предложен в работе [192]. [c.197] Очевидно, что широкое распространение таких детекторов связано с освоением промышленностью достаточно надежных магнитных подвесов, способных работать в условиях высокого вакуума. [c.197] Основное ограничение в применимости этих детекторов для регистрации частиц с потенциалом ионизации меньшим, чем работа выхода поверхности, может быть снято для частиц, обладающих кинетической энергией большей, чем работа выхода. Другой путь расширения области использования этих детекторов состоит в стимулировании поверхностной ионизации веществами, наносимыми на поверхность и генерирующими ионы при взаимодействии с пучками. В работах [196, 197] опубликованы сообщения об использовании стимулированной поверхностной ионизации для регистрации атомов щелочных металлов и водорода. [c.198] В обоих случаях использовалось покрытие из щелочных металлов. Существенным преимуществом таких детекторов является отсутствие теплового шума, побкольку нагрев поверхности может существенно уменьшить или исключить его вообще. [c.198] Наиболее распространенная конструкция универсального масс-юпектрометрического детектора предложена в работе (4]. Этот детектор состоит из трех раздельно откачиваемых камер, первая из которых является буферной, а во второй и третьей размещены источник ионов и квадрупольный фильтр масс. Вся сборка может поворачиваться вокруг центра рассеяния при помощи поворотного фланца. [c.199] Откачка камер производится при полнощи гетероионных насосов, а сам детектор может быть отделен от камеры рассеяния сверхвысоковакуумным вентилем. Это обеспечивает независимость откачки детектора от вакуума в камере рассеяния и позволяет осуществить круглосуточную откачку детектора для достижения предельно глубокого вакуума и максимально полной дегазации внутренних поверхностей. [c.199] Схема детектора показана на рис. 24. Детектор состоит из ионного источника с высокой эффективностью и фокусировкой ионов пространственным зарядом с дополнительной фокусировкой электростатическими линзами. Эта конструкция источников в той или иной модификации используется во многих лабораториях, и ряд конструкций серийных квадрупольных масс-спектрометров оснащается такими устройствами. Единственным недостатком этой конструкции является низкая вакуумная прозрачность и большая площадь поверхности, нагреваемая излучением катода. [c.199] Наряду с детекторами, использующими квадрупольный масс-спектрометр для разделения ионов по массам в работах лаборатории Тоеннеса, получил широкое распространение детектор с постоянным магнитом и 90°-сектором (рис. 25). [c.201] Разработка жидкостных перестраиваемых лазеров со спектральной щириной 1—10 мГц открывает возможность детектирования предельно малых концентраций атомов и молекул методом лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ). Чувствительность метода в некоторых случаях достигает десятков и даже единиц частиц в см . В работах Заре и сотр. [200—202] были продемонстрированы уникальные возможности ЛИФ для исследования динамики элементарных процессов и диагностики молекулярных пучков. Идея метода очень проста и основана на уникальной монохроматичности лазерного излучения. Молекулы газа, облучаемые лазерным излучением с изменяемой частотой, возбуждаются до флуоресцентного состояния как только сканируемая частота прерывает линию поглощения атома или молекулы. Это обеспечивает селективное возбуждение соответствующих нижних уровней до определенных состояний более высокого электронного уровня и, таким образом, спектр флуоресценции отражает заселенность нижних состояний. [c.202] Вернуться к основной статье