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法拉第杯

2018-08-21 10:04:26     所属分类:电子元件
Faraday cup
法拉第杯示意图
使用 带电粒子探测器
相关事物 电子倍增管
微通道板
戴利侦测器

法拉第杯是一种金属制设计成杯状,用来测量带电粒子入射强度的一种真空侦测器。测得的电流可以用来判定入射电子或离子的数量[1]。 法拉第杯是用在电学有卓著贡献的麦可·法拉第的姓氏来命名。

原理

当离子或电子进入法拉第杯以后,会产生电流或电子流。对一个连续的带单电荷的离子束来说:

其中,N 是离子数量、t 是时间(秒)、I 是测得的电流(安培)、e 是基本电荷(约 1.60 x 10-19 库仑)。我们可以估算,若测得电流为 10-9 A (1 nA),即约有六十亿个离子被法拉第杯收集。

有两种因素会造成测量的误差,第一个是入射的带电粒子撞击法拉第杯表面产生低能量的二次电子而逃离;第二种是入射粒子的反向散射。可透过适当的设计来阻拦、减少这些误差。

应用

法拉第杯可以被用在许多需要侦测离子或电子的分析仪器里,如质谱仪。法拉第杯没有像其他带电粒子侦测器如电子倍增管与微通道板如此灵敏。不过法拉第杯透过电流与电荷的转换,可获得准确的电荷数量。它们常被搭配使用,法拉第杯用来侦测较强的讯号,电子倍增管或微通道板用来侦测微小的讯号。此外,法拉第杯也有设计成阻滞电场分析仪(Retarding field analyzer, RFA)的形式,可用来测量离子束的强度与能量分布。

参考文献

  1. ^ Brown, K. L.; G. W. Tautfest, Faraday-Cup Monitors for High-Energy Electron Beams, Review of Scientific Instruments, 1956, 27 (9): 696–702, doi:10.1063/1.1715674 

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