Экспериментальная оценка положительного заряда

О.Б. АНАНЬИН, Д.В. ЛАВРУХИН, А.П. МЕЛЕХОВ,
В. Б. ОШУРКО,
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО
ЗАРЯДА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИМЕРА, ОБЛУЧЕННОГО
ИНТЕНСИВНЫМ МЯГКИМ РЕНТГЕНОВСКИМ
ИЗЛУЧЕНИЕМ
В работе описан эксперимент по измерению не скомпенсированного заряда поверхности диэлектрического (полимерного) образца, созданного в процессе облучения
интенсивным мягким рентгеновским излучением. В измерениях используется специальный чувствительный электроскоп.
В процессе облучения полимерных образцов интенсивным МРИ с
плотностью потока порядка 100 КВт/см2, происходит выход большого
числа фотоэлектронов, поэтому на поверхности формируется не скомпенсированный заряд. За счет кулоновского отталкивания, часть образовавшихся ионов приобретает энергию, достаточную для того, чтобы покинуть поверхность [1-2], часть ионов остается.
При регистрации выхода электронов и ионов методом сферы [3-4] частицы обоих знаков наблюдаются устойчиво, по мере набора дозы лишь
несколько снижается величина электронного сигнала и повышается уровень ионного сигнала. Если же использовать коллекторную методику регистрации заряженных частиц, в случае накопления значительной дозы
облучения, электронный сигнал перестает регистрироваться. Скорее всего, это связано со взаимодействием фотоэлектронов с заряженной поверхностью, изменяющим пространственное распределения вылетающих частиц.
Было замечено, что после извлечения образцов полиэтилена и тефлона
из вакуумной камеры, где осуществлялось воздействие МРИ и электрофизические измерения, облученные материалы сохраняют заряд длительное
время. В частности, на протяжении еще нескольких месяце они способны
притягивать к себе мелкие диэлектрические предметы
Для уточнения модели, описывающей процессы, происходящие на поверхности диэлектриков при воздействии интенсивного МРИ, важно оценить заряд поверхности непосредственно – в эксперименте. С этой целью
нами был изготовлен специальный чувствительный электроскоп, принципиальная схема которого показана на рисунке 1. Он позволяет оценить
величину заряда и наблюдать динамику разрядки образцом «на воздухе».
Электрическое поле образца индуцирует заряд q на измерительном
электроде, величина которого может быть определена по величине тока,
протекающего через нагрузочное сопротивление. Вращающийся диск с
отверстиями служит для модулирования поля, соответственно токовые
импульсы повторяются с частотой порядка 500 Гц.
1
+++
2
Выход
3
50
Ом
Рис. 1. Электроскоп:
1 – образец на оправке; 2 – металлический диск с отверстиями;
3 – измерительный электрод
Связь заряда q и неизвестного заряда поверхности Q была рассчитана
исходя из точного выражения для напряженности созданного образцом
электрического поля во всем пространстве. Отметим, что металлическая
оправка образца, удобная для проведения МРИ - воздействия, несколько
усложняет последующие измерения заряда: вместо поля заряженного диэлектрика мы имеем поле электрического диполя, одним полюсом которого является заряд на поверхности, другим – наведенным на оправке отрицательный заряд.
При дополнительной калибровке, в качестве источника электрического
поля вместо образца помещался металлический диск с близкими размерами, поддерживаемый при известном потенциале относительно общего
провода электроскопа.
Для образца тефлона, измеренный с помощью электроскопа заряд поверхности составляет величину порядка 4109 зарядов электрона (средняя
поверхностная плотность зарядов порядка 210-8 Кл/см2). Постоянная времени разряда оказалась около 10 суток.
С целью проведения сравнительного анализа полученных результатов
представляется интересным выполнить аналогичные измерения для облученных образцов полиэтилена.
Список литературы
1. Ананьин О.Б., Карпюк А.Б., Лаврухин Д.В., Мелехов А.П, Ошурко В.Б. Абляция
полимера интенсивным мягким рентгеновским излучением.// Инженерная физика, 2001. № 3.
С. 62-68.
2. Ананьин О.Б., Карпюк А.Б., Лаврухин Д.В., Мелехов А.П, Сюй Цзепин, Ошурко
В.Б. Воздействие интенсивного излучения мягкого рентгеновского диапазона на полимер.
Препринт 08-2001. – М.: МИФИ, 2001.
3. Знаменский В.Ю. Лазерно-плазменный источник мягкого рентгеновского излучения.
Дисс. к.ф.-м.н. – М.: МИФИ, 1994.
4. Ананьин О.Б., Лаврухин Д.В., Мелехов А.П., Соин А.В., Ошурко В. Б. Особенности
выхода электронов и ионов при воздействии интенсивного излучения мягкого рентгеновского диапазона на вещество.// Сборник трудов конференции НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ2007. Т. 15. C.55-57.