Отраженных импульсов

Высоковольтные рентгеновские трубки не могут быть двухэлектродными, так как при высоком ускоряющем поле более 400 кВ наблюдаются автоэлектронная эмиссия, электрические пробои, рассеяние и отражение электронов. Поэтому высоковольтные рентгеновские трубки делают секционными, состоящими из катода, промежуточных электродов и полого анода. Полый анод почти полностью улавливает отраженные электроны. Возможность высоковольтного вакуумного пробоя исключена благодаря большому расстоянию между анодом и катодом.

равную произведению тока на напряжение, ускоряющее электроны. Достигая поверхности материалов, мощность частично переходит в теплоту, так как вторичные и отраженные электроны в нагреве не участвуют. Для практических тепловых расчетов используют выражение, связывающее теплофизические параметры металлов с параметрами режимов пайки:

Рис. 2.2.5. Система формирования изображения в растровом электронном микроскопе: КД — конечная диафрагма; ТД — твердотельный детектор электронов; Э-Т — детектор Эверхарта — Торили; ФЭУ — фотоумножитель; С — сцинтиллятор: РД — рентгеновские детекторы: ЭЛТ — электронно-лучевые трубки, предназначенные для наблюдения и съемки изображения: 1 — отраженные электроны; 2 — рентгеновское излучение; 3 — катодолюминесцен-ция; электроны: 4 — поглощенные; 5 — прошедшие; 6 — вторичные и (или)

Высоковольтные рентгеновские трубки не могут быть двухэлектродными, так как при высоком ускоряющем поле более 400 кВ наблюдаются автоэлектронная эмиссия, электрические пробои, рассеяние и отражение электронов. Поэтому высоковольтные рентгеновские трубки делают секционными, состоящими из катода, промежуточных электродов и полого анода. Полый анод почти полностью улавливает отраженные электроны.

Рис 3.1. Эффекты, возникающие при взаимодействии электронного пучка с веществом и используемые для формирования изображения в РЭМ; 1 — электронный пучок; 2 — образец; 3 — Отраженные Электроны; 4 — вторичные электроны; 5 — ток поглощенных электронов; 6 — катодолюминесценция; 7 — рентгеновское излучение; 8 — Оже-электроны; 9 — наведенный ток; 10 — прошедшие электроны

Вторичные, отраженные и Оже-электроны, а также рентгеновское излучение генерируются в определенных объемах внутри образца и несут разнообразную информацию о рельефе, химическом составе и кристаллографической ориентации объемов, прилегающих к поверхности (рис. 3.2). Зона выхода вторичных электронов, с помощью которых обычно формируется изображение в РЭМ, ограничена малой областью вокруг места падения зонда. Это позволяет достигать довольно высокой разрешающей способности (указывается в технических характеристиках приборов, табл. 3.1). Области, в которых генерируются отраженные электроны,

/ — Оже-электроны; 2 — вторичные электроны; 3 — отраженные электроны; 4 — характеристическое рентгеновское излучение; 5 — непрерывное рентгеновское излучение; б •— вторичная флуоресценция за счет рентгеновского излучения

В каждой точке на поверхности образца электронный пучок находится в течение ограниченного времени, определяемого скоростью развертки. В результате взаимодействия электронов пучка с образцом возникают: отраженные электроны больших энергий (>50 эВ); низкоэнергетические вторичные электроны; рентгеновское излучение и излучение в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях (см. рис. 1). Формирование изображения в РЭМ происходит в результате улавливания специальными детекторами электронов 15 и излучений 11, испускаемых образцом, усиления этих сигналов и использования их для управления яркостью на экране ЭЛТ. Яркость каждой точки на экране ЭЛТ определяется сигналом

Вторичные электроны (основной), отраженные электроны, катодолюминесценция Рентгеновское излучение (основной), отраженные электроны, Оже-эдектроны, катодолюминесценция Прошедшие электроны Контраст напряжения

/ — электронный зонд; 2 — электронная пушка; 3 — фтклоняющая катушка; 4 — магнитная линза; 5 — образец; 6 — отраженные электроны

Если энергия первичных электронов такова, что длина их волны соизмерима с периодом «поверхностной решетки», то упруго отраженные электроны дадут дифракционную картину. Следовательно, надо зарегистрировать их пространственное- распределение. Это — метод ДМЭ, поскольку речь идет о медленных электронах с энергией 20—200 эВ. Аппаратура для получения дифракционных пятен несложна, чего нельзя сказать об анализе дифракционной картины и возможностях однозначной трактовки структуры поверхности. Возможности эти значительно улучшаются, если одновременно с пространственным распределением измеряется число отраженных частиц в каждом пятне как функция энергии первичных электронов, что однако усложняет эксперимент,

Если длина волны в первой среде соизмерима с шагом неровностей, то коэффициенты отражения и преломления на границе раздела первой среды с твердым телом коррелируют с величиной неровностей. Это позволяет свести измерение шероховатости поверхности к измерению амплитуды отраженных импульсов. На рис. 91 приведена зависимость между коэффициентом отражения по амплитуде R и шероховатостью поверхности по ГОСТ 2789—73 *. Подобные зависимости наблюдаются и для длительности и спектральной плотности отраженных импульсов.

В приборах для контроля шероховатости поверхностей могут быть использованы все приведенные зависимости. Наиболее точным является способ, основанный на определении отношения амплитуд отраженных импульсов, несущие частоты которых различаются в 2 раза. В определенном интервале частот это отношение в значительной степени зависит от шероховатости поверхности.

эффициент отражения определяют по амплитуде первого полупериода эхо-сигнала от границы раздела. Для контроля используют эхо-дефектоскопы, работающие на радиоимпульсах с несущими частотами более 4,2 МГц. За рубежом для оценки прочности клеевых швов эхо-методом применяют также анализ спектров отраженных импульсов.

в — с двумя щупами; б — с одним щупом; 1 - управляющий генератор; 2 -генератор импульсного возбуждения щупа; 3 — передающий и приемный щупы; 4 - генератор развертки луча; 5 - приемный усилитель отраженных импульсов, принятых щупом; 6 - электронно-лучевая лампа; 7 — исследуемый металл

Таким образом, прошедший импульс, в отличие от известных решений, описывается конечной суммой многократно отраженных импульсов, амплитуда которых убывает с ростом числа отражений не только благодаря коэффициентам отражения от границ слоя, но и в связи с уменьшением энергетических коэффициентов. Так как максимум амплитуды прошедшего импульса формируется в области максимума амплитуды исходного импульса, то число М импульсов, характеризующих амплитуду прошедшего импульса, определяется целой частью соотношения

Как отмечалось в подразд. 1.2, для слоя, характеристический импеданс которого больше, чем окружающих сред, минимумы амплитуды отраженных импульсов наблюдаются, когда толщина слоя h3 равна целому числу полуволн:

Высокой чувствительностью (10~7) к изменению скорости упругих волн обладает метод автоциркуляции импульса [68]. Генератор (рис. 9.3) возбуждает передающий пьезопреобразователь. При этом образуется импульс, заполненный высокочастотными колебаниями (10 МГц). В образце 4 возникает серия отраженных импульсов. Пьезопреобразователь превращает их в электрические сигналы, приемник усиливает, а селектор 10 периода выделяет я-й импульс и направляет его через усилитель запуска импульсов / на генератор для возбуждения новой серии импульсов. Система работает в автоколебательном режиме. Измеритель времени п заданных периодов определяет время следования импульсов. Для точного определения времени прохождения импульса через образец надо знать не только период следования импульсов, но и число периодов заполнения на временном интервале импульса. Для этого с помощью длительной задержки 12 времени, детектора 7 и селектора отраженных импульсов 10 выделяется один

/ — усилитель запуска импульсов; 2 — передатчик; 3 — преобразователь; 4 —• образец; 5 — приемник; 6 — селектор периода; 7 —- детектор; * — генератор узкого строба; 9 — блок задержки; 10 — селектор отраженных импульсов; 11 — генератор широкого строба; 12 — длительная задержка; 13 — счетчик (измеритель времени заданных периодов)

При использовании этого метода для материалов с малым затуханием УЗ-волны п может принимать значение до 10е. Высокая чувствительность системы может быть достигнута только при высокой стабильности всего устройства. Поскольку момент повторного пуска передатчика зависит от амплитуды запускающего импульса, то любые изменения принятых отраженных импульсов приведут к изменению времени, не связанному с изменением скорости упругих волн, и, следовательно, к увеличению погрешности измерения.

Изложенный метод можно усовершенствовать, применив «фазовую синхронизацию», использующую когерентный радиоимпульс. Этот радиоимпульс формируется из сигнала генератора непрерывных колебаний, имеющего автоматическую подстройку частоты (АПЧ). Система АПЧ в качестве управляющего сигнала использует напряжение с выхода квадратурного фазового детектора, на вход которого поступает отраженный импульс. Применение в данном случае фазового детектирования делает систему нечувствительной к изменениям амплитуды отраженных импульсов. Измерения в этой системе сводятся к слежению за частотой непрерывного генератора и вычислению соответствующего значения скорости звука. Для определения исходной скорости звука нужно разомкнуть петлю обратной связи системы АПЧ и, меняя частоту генератора вручную, найти несколько частотных точек, отвечающих противофазной интерференции, как это делается при реализации метода «длинного импульса». Если для работы системы АПЧ использовать отраженный импульс, отстоящий от начала серии примерно на 1000 мкс, то изложенным методом можно достичь чувствительности 10~7.

Измеряя относительные временные координаты и наблюдая амплитуду отраженных импульсов, можно судить о месте