Панорамный энерго-масс-спектрометр ионов для проекта «Резонанс»

Целью проекта « Р езонанс » является исследова ние взаимодействия волн и частиц во внутренней магнитосфере Земли . Мы рассматриваем два инст румента , включенных в научный комплекс проекта : трехмерный ионный энерго - масс - спектрометр и энергоанализатор электронов .

Ионный энерго - масс - спектрометр « ИОНКАМ » основан на панорамной электронно - оптической схе ме с одномоментным полусферическим полем зре ния 2 π и времяпролетным масс - спектрометром . Эти прототипы используются в проектах Европейского космического агентства (ESA) « БепиКоломбо » и Рос сийского космического агентства « Фобос - Грунт ». Прибор обеспечивает измерение трехмерной функ ции распределения по скоростям в диапазоне энер гий от 10 эВ до 10 кэВ и разделение по массам .

Панорамный энерго - масс - спектрометр ионов

Описываемый прибор основан на концепции па норамного зеркала « Камера », позволяющего одно моментно измерять плотность потока частиц в полу сфере [1]. Камера позволяет преобразовать широко угольный пучок с п олусферы 2 π в значительно бо лее узкое угловое распределение , пригодное для регистрации в координатно - чувствительном детек торе , или использовать этот пучок для последующе го энергетического и / или масс - анализа . При этом анализируемый пучок проходит через два узких ок на , что позволяет значительно ослабить влияние ультрафиолетового излучения на результаты изме рений . Схема камеры показана на рис . 1.

Рис . 1. Камера , сечение цилиндрически - симметричной электронной оптики .

Рис . 2. Схема прибора « ПИКАМ - Ариес »: сечение ци - линдрически - симметричной электронной оптики . 1 – входное окно ионного анализатора , 2 – первичное зеркало , 3 – гейт , 4 – диафрагма , 5 – ионный электростатический анализатор , 6 – диафрагма , 7 – зеркало , 8 – детектор ионов ( МКП ). Показаны траектории трех пучков ионов , входящих в прибор под разными полярными углами : 0, 45 и 90°. Ширина энергетического интервала ионов ~10 %.

Рис . 3. Энергоанализатор электронов : 1 – входное окно , 2 и 3 – внешний и внутренний электроды электростатиче ского анализатора ( соответственно ), 4 – выходная кольце вая щель , 5 – диафрагма , 6 – детектор электронов ( МКП ).

На основе этого принципа была разработана схема энерго - масс - спектрометра « ПИКАМ ». В качестве энерго - масс - спектрометра для проекта « Резонанс » было решено использовать модифицированную элек тронно - оптическую схему прибора « ПИКАМ - Ариес », позволяющую преобразовать широкоугольный пу чок с полусферы 2 π в значительно более узкое угло -

Панорамный энерго - масс - спектрометр ионов для проекта « Резонанс »

вое распределение , и времяпролетный масс - спектро метр , который проводит раздельные измерения уг лового распределения ионов разных масс и измеряет массовый спектр потока ионов . Схема анализатора « ПИКАМ - Ариес » показана на рис . 2.

Энергоанализатор электронов

Для исследования взаимодействия волн и частиц во внутренней магнитосфере Земли необходимо , наря ду с измерениями функции распределения ионов в пространстве скоростей , производить измерение энер гетических спектров электронов . Для этого была раз работана схема энергоанализатора электронов ( рис . 3). Анализатор позволяет производить измерения функции распределения по скоростям электронов в диапазоне энергий от 30 эВ до 30 кэВ .