Задача 3. Масс-спектрограф омегатрон. Ионизация атомов и молекул электронным ударом. (Задачи атомного практикума), страница 3

При этом шкала частотдолжна быть установлена на нулевую отметку;-ручка «Время развертки» - для переключения длительности автоматической развертки генератора;-тумблер «Полоса обзора» - для переключения полосы обзора при автоматической развертке частоты генератора; в положении «100%» производится разверткавсей шкалы генератора; в положении «20%» производитсяразвертка 20% шкалы генератора от любой установленнойчастоты;-кнопки «Пуск» и «Стоп» - для включения и остановки автоматической развертки;23-тумблер "2,5V − 5V " - для переключения пределов измерения вольтметра;блок электрометрического усилителя УЭ-2:-ручка «Выкл-Сеть-Измерение» - для включенияэлектрометрического усилителя;-ручка «Пределы измерения, амперы» - для переключения пределов измерения тока;-ручка «Установка нуля» - для плавной установкинулевого уровня на выходе усилителя;-тумблер «Постоянная времени - Меньше - Больше» - для переключения постоянной времени усилителя.Положение «Больше» используется только при регистрации спектра на ленте электронного потенциометра нашкалах"1 ∗ 10 −13 A" и 3 ∗ 10 −13 A ;блок индикатора И-2;-ручка «Яркость»- для установки необходимой яркости луча;-ручка «Смещение Х» - для управления лучом погоризонтали;-ручка «Смещение У» - для управления лучом повертикали;-ручка «Освещение шкалы» - для регулировки яркости лампочек освещения шкалы;-ручка «Усиление У» - для плавной регулировкичувствительности усилителя вертикального отклонения;-тумблер «Вкл.» - для включения блока.4.Ручку «Яркость» поставить в крайнее левоеположение, ручку «Смещение У» - среднее положение.Положение ручек, не названных выше, можетбыть любым.5.Включить тумблер «Сеть» (БП-2), включитьиндикатор И-2 тумлером «Вкл.».

Включить электрометрический усилитель, установив вначале переключатель вположение «Сеть вкл.», а через несколько минут в положение «Измерение».6.Дать прибору прогреться 30 мин.7.Включить самопишущий потенциометр тумблером «Прибор». Время прогрева прибора не менее 5 минут.8.Провести предварительную регулировку генератора: тумблер «Полоса обзора» установить в положение«20», тумблер вольтметра в положение «2,5 В», ручкой«частота» установить шкалу на нулевую отметку, плавнымвращением ручки «Установка нулевых биений» добитьсянулевых биений. Контроль нулевых биений осуществлятьпо показаниям вольтметра генератора (при наличии нулевых биений показания вольтметра резко падают до нуля),тумблер «Полоса обзора» переключить в положение«100».ВНИМАНИЕ!! При переходе с диапазона 20 на100 необходимо предварительно установить шкалугенератора ручкой «Частота» на нулевую отметку.Подготовка к измерениям.1.Тумблеры «Сеть» (блок питания) и «Вкл.» (индикатор) поставить в нижнее положение, ручку «Выкл.Сеть вкл.-Измерение» поставить в положение «Выкл.»2.Тумблер «Катод» поставить в нижнее положение, ручку «Ток луча» - в крайнее левое положение, тумблер "10 µA − 30 µA" - в положение "10 µA" .

Тумблер «Полоса обзора» в положение «20», ручку «Напряжение в. ч. в среднее положение.3.Переключатель «Пределы измерения» поставить в крайнее положение(3 ∗10 10 ).−24.9.Ручку «Яркость» повернуть вправо до появления в левом нижнем углу экрана светящейся точки (луча)небольшой яркости.10.Ручками «Смещение Х» и «Смещение У» поставить луч на нулевую отметку масштабной сетки индикатора.11.Ручкой «Установка нуля» установить нулевойуровень навыходе электрометрического усилителя на пределе1∗10 −13 и вновь установить более грубую шкалу.2512.Установить напряжение улавливающих пластин 0,4 В.13.Прибор готов к работе и можно приступить кпроведению записи спектра, необходимых наблюдений иизмерений.тической«Стоп».разверткичастотыследуетнажатькнопку4.Записать спектр, включив лентопротяжныймеханизм самописца тумблером «Диаграмма».

Ручку«Время развертки S» (Г2) перед записью спектра поставить в положение «1000».Проведение измерений.Задание.1.Включить электромагнит (включение осуществляет дежурный персонал).2.Включить тумблер «Катод». Медленно вращать ручку «Ток луча» до появления тока луча в 2 µA (токдиафрагмы при этом не должен превышать 80 µA и чемон меньше, тем лучше).Для настройки на пики ионных токов вручнуюследует установить переключатель «Постоянная времени»в положение «Больше» и ввести высокочастотное поле 1,0В на частоте 100 кГц. Предел измерения электрометрического усилителя должен быть выбран в соответствии с амплитудами пиков в спектре масс (как правило, в нашемслучаеиспользуютсяпределы3 ∗ 10 −10 A; 1 ∗ 10 −10 A; 1 ∗ 10 −11 A ).3.Вначале целесообразно наблюдать полныйспектр масс на экране индикатора.

Это позволяет достаточно быстро получить представление о качественной картине состава газов.Луч на экране индикатора перемещается по горизонтали синхронно с изменением частоты генератора.Для наблюдения спектра масс на экране индикатора необходимо установить переключатель. «Пределыизмерения»водноизположений3 ∗ 10−10 A; 1 ∗ 10 −10 A; 1 ∗ 10 −11 A , ввести в.ч. поле1,0 В на частоте 100 кГц, ручкой «Частота» установить частоту генератора на нуль, ручку «Время развертки» поставить в положение «16», тумблер «Полоса обзора» - в положение «100» и нажать кнопку «Пуск» автоматическойразвертки частоты.

При необходимости остановки автома-261.Провести подготовку к измерениям согласнонастоящему описанию.2.Выполнить операции, указанные в разделе«Проведение измерений».3.Пронаблюдать качественную картину спектрамасс на экране осциллографа.4.Записать спектр масс остаточных газов (т.е.снять зависимость I a = f (ν ) ) с помощью самописца. Использоватьпределыизмерения:3 ∗ 10 −10 A; 1 ∗ 10 −10 A или 1∗10 −11 A . В случае не-обходимости можно записать интересующий участок спектра, используя более чувствительный предел электромет-−11рического усилителя ( 1 ∗10).5.Для одного из пиков (средней интенсивности)исследовать зависимость профиля линии от величины E0 ,для чего записать этот пик при различных амплитудах напряженности электрического поля. При необходимостискорость протяжки диаграммной ленты можно изменить.6.Определить массы и отождествить ионы остаточного газа в омегатронной лампе.7.Для каждого сорта ионов рассчитать числооборотов n, разрешающую способность R, длину пути S,энергию W.Расчеты представить в виде таблицы.Например, (при r =0,8 см.):27Масс.n,кГцН,ЭрстEo,В/смчисло520040011СортионовR+H43n82S,смW,эВ708353стве датчика давлений (Р ~ N ~−5ik , что особенно важно при−9малых давлениях ( 10− 10мм.рт.ст.)).В этом качестве используется омегатрон в приборах ИПДО-1 и ИПДО-2.ЛИТЕРАТУРА+374400114N186400128CON+32205125161025132+( )8.При помощи графика I = f ν оценить процентный состав газа в лампе и разрешающую силу дляразличных ионов.Величина максимального (в пике) ионного токаi на коллектор при прочих равных условиях пропорцио-kнальна концентрацииNkиσk1.Шпольский Э.В.

Атомная физика.-М.: Наука,1974,т.1, гл.112.Рик Г.Р. Масс-спектроскопия.-М.:ГИТТЛ,1953.3.Современная вакуумная техника (сборник статей)-М.:ИЛ., 1963, с.190-199.4.Леонтьев Н.И. Удовченко Ю.Н.-ПТЭ,1959, № 1,с.101.5.Месси Г. Бархоп Е. Электронные и ионные столкновения. - М.: ИЛ., 1958.6.Квливидзе В.А., Красильников С.С. - Введение вфизику атомных столкновений. 1985, гл.1, гл.3.7.Мак-Даниель И. Процессы столкновений в ионизованных газах. Мир, 1967, гл.5.-сечению ионизации ато-мов (молекул) данного «k» - сорта прямым электроннымi ~ N ⋅σ .ударом,т.е.Следовательно,∑ ik = ∑ N k σ kkkk(см.[5] стр.9-11, 34-39).Сечения ионизации для атомов (молекул) различных газовприведены в Приложении.То обстоятельство, что величина ионного токаi на коллектор пропорциональна концентрации атомовkNk, делает возможным использовать омегатрон в каче-2829Лабораторная работа № 3Ионизация атомов и молекул электроннымударом.ВведениеСтолкновения электронов с атомами и молекулами могут сопровождаться, если позволяет энергия, целым рядом неупругих процессов, таких как возбуждениеэлектронных, колебательных, вращательных степеней свободы, ионизация и диссоциация.

Эффективность этих процессов при неизменной скорости электронов разная и характеризуется эффективным сечением или проще - сечением рассеяния, представляющим вероятность данного процесса, выраженную в единицах площади. Сечениеприближенно можно представить себе как площадку («поперечное сечение»), описанную около атома или молекулы, попадая в которую электрон обязательно произведетнеупругое столкновение того или иного типа. Величинаэтой площадки, а, следовательно, эффективность реакциизависит от типа реакции, внутренних свойств частицы мишени и относительной скорости столкновения. Как правило, сечение любого неупругого процесса как функции скорости (или энергии относительного движения) представляет собой кривую с максимумом, начало которой определяется пороговой энергией (см.