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电子能量以及强度检测

\(1 \, \mathrm{eV} = 1.6 \times 10^{-19} \, \mathrm{J}\),而一般能量检测的精度要求达到 \(0.05 \, \mathrm{eV}\),这么小的能量该怎么测量?

💡 用电场筛选!

电场分析器

平板电容器挖两个孔:平板电子能量分析器

对入射方向要求严格,通过的电子数量太少了,信号小!\(\implies\) 绕一圈,一维升二维

筒镜电子能量分析器(Cylindrical Mirror Analyzer, CMA)

CMA

半球电子能量分析器(Spherical Deflector Analyzer, SDA)

SDA

❗ 路径越长,精度越高

CMA vs. SDA

  • 结构、体积
    • 筒镜:简单,体积小
  • 性能
    • 半球:能量分辨率更高
  • 价格
    • 半球:价格更高
  • 角分辨电子能量分析器
  • 电子透镜 > 这俩显然不能一起用,电子透镜抹除了入射角信息

分析器的要求

  • 加工、安装要求高
  • 耐真空、烘烤
  • 隔绝外界电场、磁场,分析器和系统不能有磁性(使用 high-\(\mu\) metal 作为磁屏蔽层)

电子倍增管(Channeltron)

光电倍增管

打拿极

制作材料:铅玻璃

机场防爆检测:检测硝基根!荷质比

只要脉冲达到检测极限就行,不关心脉冲的绝对大小/电流大小(没法测)。

时间分辨率要求不高:微通道板(Microchannel Plate, MCP),用于光电检测仪

能量分析器的分辨率

  • 相对分辨率 \(R = \frac{\Delta E}{E_0}\)
  • 绝对分辨率 \(\Delta E\)
    • 提高绝对分辨率会降低信号强度!不必盲目追求绝对分辨率

一般来说分析器尺寸越大,分辨率越好(因为路径越长)。

改变探测器电压,不改变电子:通能改变模式(Constant Reduction Ratio, CRR

仪器结构确定后,路径确定,相对分辨率 \(R\) 是固定的!改变电压,\(E_0\) 变了,\(\Delta E\) 也会变!

检测的能量 \(E \uparrow \implies\) 绝对分辨率 \(\Delta E \uparrow\),变差,信号强度 \(I \uparrow\)

通能固定模式(Constant Analyzer Energy, CAE

为了测不同能量的电子,需要前面加电场,保持入射 \(E_0\) 不变,还原性好。

\(E_0\) 不变,信号强度和绝对分辨率都不变

CRR 和 CAE 随入射电子能量变化,信号强度的变化

CRR vs. CAE

现在有钱任性,首选 CAE