Elektrostatický analyzátor - Electrostatic analyzer
Elektrostatický analyzátor nebo ESA je nástroj použit v iontové optiky , která se aplikuje elektrické pole pro umožnění průchodu pouze těch iontů a elektronů , které mají danou konkrétní energii . Obvykle také zaměřuje tyto částice (koncentruje je) na menší oblast. ESA se obvykle používají jako součásti kosmické instrumentace, k omezení rozsahu snímání (snímání) energie a tím také rozsahu částic určených k detekci a vědeckému měření. Nejbližší analog ve fotonové optice je filtr .
Radiální válcový analyzátor
Elektrostatické analyzátory jsou navrženy v různých konfiguracích. Jednoduchou verzí je radiální válcový analyzátor, který se skládá ze dvou zakřivených rovnoběžných desek s různými potenciály. Iony nebo elektrony vstupují do analyzátoru na jednom konci a buď procházejí druhým koncem, nebo kolidují se stěnami analyzátoru, v závislosti na jejich počáteční energii. U těchto typů analyzátorů se pomocí ESA mění pouze radiální složka rychlosti nabité částice, protože potenciál na deskách se mění v radiálním směru pouze tehdy, uvažujeme-li geometrii ve válcových souřadnicích. Poissonovu rovnici lze poté použít k výpočtu velikosti elektrického pole směřujícího radiálně dovnitř. Výsledná síla směřující dovnitř generovaná tímto elektrickým polem způsobí, že se trajektorie částic zakřiví rovnoměrným kruhovým pohybem. V závislosti na počáteční energii (rychlosti) budou mít tedy pouze určité částice „správný“ pohyb k opuštění analyzátoru sledováním jeho fyzické struktury, zatímco jiné se srazí do stěn přístroje. Kromě energie bude úhel vstupu ovlivňovat také dobu letu částic analyzátorem a úhel výstupu. V praxi jsou desky obvykle nabité opačně a mají velmi vysoký potenciál. Také vnitřní povrch analyzátoru, obvykle vyrobené z hliníku pro vesmírné mise, je někdy á s černým chrom nebo dokonce Ebonol C absorbovat rozptýleného světla, místo toho, což se odrazí svou cestu.
Cylindrický válcový analyzátor energie
Cylindrický energetický analyzátor Face-Field je velmi nová třída elektrostatických válcových analyzátorů energie. Používá válcové pole omezené soustřednými válcovými elektrodami a dvěma plochými elektrodami kolmými na osu symetrie. Vnitřní elektroda je obvykle spojena s plochými elektrodami a ta vnější, která je elektricky izolovaná, má elektrický potenciál, který může být konstantní nebo proměnný. (Potenciál je záporný (-) pro elektronový paprsek a kladný (+) pro kladný iontový paprsek.) Zaostřovací pole se velmi liší od pole typu jednoduchého válce (například ve známém CMA) poblíž hranice plochého obličeje; konkrétně může dosáhnout velmi vysokého energetického rozlišení pro paprsek vstupující vstupním oknem do jedné z čelních elektrod. Tuto novou třídu analyzátoru lze použít v různých aplikacích. Dělá dálkový průzkum, jako je měření toku nabitých částic ve vesmíru; např. skenovací elektronová / Augerova elektronová spektroskopie pro analýzu velkých objektů.
ESA se obvykle navrhují a analyzují pomocí standardního softwarového balíčku pro simulaci iontové optiky, jako je SimIon , který zahrnuje schopnost provádět simulace Monte Carlo na známých zkušebních částicích, což poskytuje konstruktérovi lepší pochopení charakteristik odezvy samotného analyzátoru.
Použití v kosmických přístrojích
Příklady vesmírných nástrojů nebo misí využívajících elektrostatické analyzátory:
- Přístroj CAPS (Cassini Plasma Spectrometer) na kosmické lodi Cassini-Huygens
- Přístroje IBEX-Hi a IBEX-Lo na kosmické lodi Interstellar Boundary Explorer
- Mariner 10
- Přístroj SWAP (Solar Wind Analyzer around Pluto) na kosmické lodi New Horizons
- Pioneer 6, 7 a 8 misí
- Ranger 1
- Mise THEMIS
- Přístroje ASPERA-3 a ASPERA-4 IMA na palubě Mars Express a Venus Express
- ICA a IES iontové a elektronové přístroje na palubě mise ESA / Rosetta
- SWIA, SWEA a STATIC nástroje na MAVEN . STATIC zahrnuje kromě svého elektrostatického analyzátoru také měření doby letu za účelem získání poměru hmotnost / náboj.
- Experiment Jovian Auroral Distribuce (JADE) na oběžném dráze Jupitera Juno (kosmická loď)
- Solar Probe ANalyzer (SPAN) na palubě mise Parker Solar Probe Mission