[发明专利]稳态原子束能谱测量系统以及方法

说明书

本发明公开了一种稳态原子束能谱测量系统以及方法，使用多栅离子能量分析器和朗缪尔探针结合的方式来测量离子能谱，通过朗缪尔探针测量等离子体空间电位和鞘层电位，并对多栅离子能量分析器的导体外壳施加相应的校正电压来抵消等离子体电位和鞘层电位的影响，从而获得更加准确的测量结果。

技术领域

本发明涉及粒子能谱测量技术领域，更具体的说，涉及一种稳态原子束能谱测量系统以及方法。

背景技术

距地面高度150km以上的电离层称为F层，是原子氧离子O⁺的稠密层，其密度占了总离子密度的80％以上。一般的低地球轨道航天器，如载人飞船、气象卫星、对地观测卫星和空间站的飞行高度在200–600km之间，完全处于F层的区域。

虽然原子氧离子的能量较低，只有0.1eV，但是与相对速度高达8km/s的航天器碰撞时，其能量可达5eV，这相当于将航天器置于6000K的高温中。另外，原子氧作为一种强氧化剂，它的氧化性仅次于氟。航天器表面材料在原子氧的腐蚀下，会发生变形剥蚀甚至失效。它对材料的腐蚀作用还会产生可凝聚的气体生成物，进而污染航天器上的其他光学仪器和设备。因此，准确研究空间原子氧的特性，以制定相应的预防措施，对航天事业的发展具有重要意义。

原子氧能谱参数的测量是原子氧特性的研究基础。目前，测量原子束能谱的一般方法是将原子束离化为离子，通过对离子能谱的测量来间接获得原子束的能谱信息。使原子离化为离子的方式有多种，其中一种常见的方式是使用稳态电子枪产生热电子，对热电子进行加速后去轰击原子使其电离。这种电离方式会给离子能谱测量结果带来误差。

发明内容

有鉴于此，本发明技术方案提供了一种稳态原子束能谱测量系统以及方法，可以提高原子能谱测量准确性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种稳态原子束能谱测量系统，所述测量系统包括：

发生装置，所述发生装置用于产生原子束；

真空测量室，所述真空测量室具有第一通孔以及第二通孔；所述原子束通过所述第一通孔通入所述真空测量室；

位于所述真空测量室内的稳态电子枪，所述稳态电子枪用于对所述原子束进行电离，形成待测等离子体；

通过所述第二通孔置于所述真空测量室中的朗缪尔探针，所述朗缪尔探针用于对所述待测等离子体的空间电位和鞘层电位进行测量，获取用于计算校正电压的测量结果；

位于所述真空测量室内的多栅离子能量分析仪器，所述多栅离子能量分析仪器用于在其导体外壳输入所述校正电压时，测量所述待测等离子体中原子能谱。

优选的，在上述测量系统中，所述发生装置用于产生原子氧束；

所述测量系统用于测量氧原子能谱。

优选的，在上述测量系统中，所述发生装置包括：

ECR等离子体发生器，所述ECR等离子体发生器用于产生初始等离子体；

中性钽板，所述中性钽板用于提供电子，使得所述初始等离子体形成所述原子束。

优选的，在上述测量系统中，还包括：第一级准直器、第一级差分抽气装置、第二级准直器以及第二级差分抽气装置；

其中，所述发生装置出射的原子束依次通过所述第一级准直器、所述第一级差分抽气装置、所述第二级准直器以及所述第二级差分抽气装置，进入所述真空测量室。

优选的，在上述测量系统中，所述真空测量室的侧壁具有第三通孔；

所述导体外壳连接有用于输入所述校正电压的导线，所述导线通过所述第三通孔延伸至所述真空测量室外部。