高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置，该测量装置中二次电子探测器设置在真空室内，包括由外向内依次设置、均大于等于3/4球体的球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极，且相互之间绝缘；二次电子探测器内还设置有样品台及其温度调节系统和角分布测量系统，电子枪所发出的电子束贯穿二次电子探测器入射至样品台。本装置可以测量高低温环境下金属材料及介质材料的二次电子发射系数、二次电子空间分布特性、以及二次电子能谱分布，还可以测量不同入射角度下的二次电子特性参数，通过对介质材料的快速加热可以有效中和介质表面所累积的电荷，节约了测量时间；并且通过引入校验机制，保证了测量结果的准确性、可靠性。

【技术实现步骤摘要】
高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置
本技术属于材料特性参数的测量装置
，具体涉及一种高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置。
技术介绍
材料二次电子倍增效应在当前材料、物理等研究领域越来越受到相关科研人员的关注，尤其在加速器研究领域，材料的二次电子倍增引起的电子云效应，导致环形加速器束流品质受限，甚至引起机器的不稳定运行。而随着国内大规模同步辐射光源的提出及建设(如北京高能光源预研及建设、合肥先进光源预研、南方光源概念提出等)，大型加速器(CEPC-SPPC)的概念设计、建设，粒子应用平台μ子源的概念设计、建设等，对真空盒材料提出了更为苛刻的要求，如二次电子发射系数<1.1等，对真空盒的研制都是很大的挑战。同时在超导加速器中，超导真空盒内壁受温度变化影响，其表面形态不同于常温情况，而超导加速器受二次电子倍增影响较大，二次电子倍增现象会导致真空盒上的沉积热功率提高，导致束流管道内部的真空性能恶化，从而引起高电压射频设备的打火发生，严重时导致整个加速器的失超发生引起设备损坏。基于以上的原因，研究高、低温环境下二次电子发射机理、温度变化引起材料表面形态发生变化对二次电子发射的影响及低温环境下冷却表面气体吸附情况对二次电子发射的影响，清楚掌握二次电子空间性能参数，进而提出技术措施抑制二次电子倍增效应，如在超导高频腔上通过加偏压的方式来抑制二次电子的倍增效应，超导加速器真空盒内壁可镀较小二次电子发射系数的薄膜材料(例如：非晶碳膜、石墨烯膜)等，在未来加速器设计和建造中意义重大。二次电子的倍增效应是材料物理研究领域的一个重点方向。它是指带电粒子轰击物体表面时，其入射能量大于材料原子的溢出阈值时将会有电子(或离子)发射出来，这一现象被称为次级电子发射；当出射二次电子数大于入射电子数时，即发生二次电子的倍增效应，此时的二次电子发射系数大于1。二次电子特性参数一般包括二次电子发射系数、二次电子角分布、二次电子能谱、二次电子发射系数与入射束流方向的关系、二次电子发射系数与沉积剂量关系等。目前国内外有关二次电子的测试装置及测试方法主要有以下几个特点：(1)测量集中在常温环境下；(2)所有测量只是仅限于二次电子发射系数测量，对二次电子特性参数中的二次电子能谱测量研究不足；(3)对二次电子角分布研究不足，无法进行完整测量，简单测量后也无法进行校验等；(4)对二次电子发射系数与入射束流的关系、二次电子发射系数与照射剂量关系等测量研究不足。因此，现有技术有待改进和提高。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置，可用于在高低温环境下准确测量待测样品发射的二次电子发射系数、二次电子角分布特性、二次电子能谱分布等。本申请提供了一种高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置,包括：真空室；电子枪；设置在真空室内的二次电子探测器，包括由外向内依次设置、均大于等于3/4球体的球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极，球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极相互之间绝缘；设置在二次电子探测器中部的样品台及其温度调节系统，包括用于加热样品的加热装置和用于冷却样品的冷却装置；设置在二次电子探测器内的角分布测量系统，包括可绕样品旋转的角分布探测器；电子枪所发出的电子束贯穿二次电子探测器入射至样品台；检测系统，包括用于测量流经样品电流的第一检测装置，用于测量流经球壳收集极电流的第二检测装置，和用于测量流经角分布探测器电流的第三检测装置；球壳栅极连接可调直流电源。所述的测量装置，其中，流经样品的电流经第一电阻由第一示波器测出；流经球壳收集极上的电流经第二电阻由第二示波器测出；流经角分布探测器的电流经第三电阻由第三示波器测出。所述的测量装置，其中，所述球壳收集极上设置有第一孔，所述球壳栅极上设置有第二孔，所述球壳接地极上设置有第三孔；所述电子枪发出的电子束依次穿过第一孔、第二孔和第三孔入射至二次电子探测器内部。所述的测量装置，其中，所述球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极共球心，从所述球心向外投影，所述球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极重合的面积大于等于3/4球体。所述的测量装置，其中，所述样品台及其温度调节系统还包括用于驱动样品台沿其轴线旋转至待测角度的第一旋转装置。所述的测量装置，其中，所述样品台包括从上到下依次设置的样品托、绝缘体和底座；所述样品托和底座通过绝缘体绝缘，所述加热装置设置在底座的内部，所述底座的内部还设置有测温元件；所述冷却装置包括冷却头和与冷却头连接的制冷机；所述冷却头和底座的底面配合，以导热。所述的测量装置，其中，所述底座为球形底面结构，所述冷却头为球形凹面结构，所述冷却头和底座球面配合。所述的测量装置，其中，所述加热装置和测温元件连接有控制器，所述控制器用于控制加热装置的升温，和/或用于控制测温元件对样品台温度的测量。所述的测量装置，其中，所述角分布测量系统还包括：用于安装角分布探测器的旋转轴，以及用于驱动角分布探测器沿所述旋转轴所在轴线旋转的第二旋转装置；所述旋转轴的轴线与样品所在轴线重合,且经过球壳收集极的球心；所述第二旋转装置驱动角分布探测器以第一方向或第二方向旋转，以使所述角分布探测器与样品形成夹角。所述的测量装置，其中，所述角分布探测器包括安装在旋转轴上的支撑部，以及安装在支撑部上的测量部；所述测量部为具有预设半径和预设宽度的弧形片状结构；所述测量部的两端端部宽度方向上的中点与球心所形成的平面，经过样品台的中点，并垂直于样品台所在轴线经球心所形成的平面。本技术的有益效果：本技术提供了一种高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置，包括：真空室；电子枪；设置在真空室内的二次电子探测器，包括由外向内依次设置、均大于等于3/4球体的球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极，且相互之间绝缘；二次电子探测器内还设置有样品台及其温度调节系统和角分布测量系统，电子枪所发出的电子束贯穿二次电子探测器入射至样品台。本装置可以测量高低温环境下金属材料及介质材料的二次电子发射系数、二次电子空间分布特性、以及二次电子能谱分布，还可以测量不同入射角度下的二次电子特性参数，通过对介质材料的快速加热可以有效中和介质表面所累积的电荷，节约了测量时间；并且通过引入校验机制，保证了测量结果的准确性、可靠性。附图说明图1为本技术提供的高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置的结构示意图；图2为本技术提供的高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置中角分布探测器与样品台的位置关系示意图；图3为本技术提供的高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置中样品台与加热装置和冷却装置的位置关系示意图；图4为本技术提供的高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置中二次电子探测器与角分布探测器的位置关系示意图；图5为本技术提供的高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置中角分布探测器的结构示意图一；图6为本技术提供的高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置中角分布探测器的结构示意图二；图7为电子束垂直入射时二次电子分布的示意图；图8为电子束非垂直入射时二次电子分布的示意图；图9为电子束垂直入射时对材料二次电子角分布特性的测量原理示意图；图10为电子束垂直入射时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置,其特征在于，包括：真空室；电子枪；设置在真空室内的二次电子探测器，包括由外向内依次设置、均大于等于3/4球体的球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极，球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极相互之间绝缘；设置在二次电子探测器中部的样品台及其温度调节系统，包括用于加热样品的加热装置和用于冷却样品的冷却装置；设置在二次电子探测器内的角分布测量系统，包括可绕样品旋转的角分布探测器；电子枪所发出的电子束贯穿二次电子探测器入射至样品台；检测系统，包括用于测量流经样品电流的第一检测装置，用于测量流经球壳收集极电流的第二检测装置，和用于测量流经角分布探测器电流的第三检测装置；球壳栅极连接可调直流电源。

【技术特征摘要】
1.一种高、低温环境中材料二次电子特性参数的测量装置,其特征在于，包括：真空室；电子枪；设置在真空室内的二次电子探测器，包括由外向内依次设置、均大于等于3/4球体的球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极，球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极相互之间绝缘；设置在二次电子探测器中部的样品台及其温度调节系统，包括用于加热样品的加热装置和用于冷却样品的冷却装置；设置在二次电子探测器内的角分布测量系统，包括可绕样品旋转的角分布探测器；电子枪所发出的电子束贯穿二次电子探测器入射至样品台；检测系统，包括用于测量流经样品电流的第一检测装置，用于测量流经球壳收集极电流的第二检测装置，和用于测量流经角分布探测器电流的第三检测装置；球壳栅极连接可调直流电源。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，流经样品的电流经第一电阻由第一示波器测出；流经球壳收集极上的电流经第二电阻由第二示波器测出；流经角分布探测器的电流经第三电阻由第三示波器测出。3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述球壳收集极上设置有第一孔，所述球壳栅极上设置有第二孔，所述球壳接地极上设置有第三孔；所述电子枪发出的电子束依次穿过第一孔、第二孔和第三孔入射至二次电子探测器内部。4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极共球心，从所述球心向外投影，所述球壳收集极、球壳栅极和球壳接地极重合的面积大于等于3/4球体。5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏程，刘瑜冬，刘盛画，孙晓阳，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，东莞中子科学中心，
类型：新型
国别省市：北京,11