软x射线-真空紫外波段光谱光源研究

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1、软X射线■真空紫外波段光谱光源研究光谱学与光谱分析软x射线真空紫外波段光谱光源研究陈波，尼启良，曹健林，李福出，陈星旦中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，应用光学国家重点。为使连续光谱辐射重复而稳定，氮弧以流动供气方式工作。来自气瓶的氮气纯度为99.99%,经气体净化器后纯度达99.999%；再经截止阀、微调阀、流量计及压强传感器进入氮弧光源，废氮经流量计、微调阀、截止阀和气体泵排放。由于气体不断更新，因而降低了弧室及气体系统中空气和水蒸气杂质含量，使其发射的杂质谱线（如氧、氮、碳和氢等）强度减弱。弧室内压强一般在0.1〜2MPa,由压强传感器监测，准

2、确度为*0.1%左右。有羌分泵单元时，氮气入口流量为4.9Lmin-l,出口流量为0.3Lmin,其余由差分泵单元排放。无差分泵单元时，出口和入口流量同为0.3LM弧光源最大工作电流40A,工作电压53V,由高精度直流稳流电源供电，电流稳定度达0・02%张1洗源光谱辐射稳定性和重复性优于*0.为得到较高的等离子体温度和电子密度产生黑体谱线，本研尢所特别研制了10kWf大功率壁稳氮弧光源；为满足实验室一般应用还研制了普及型lkWf氮弧光源；从而形成了1,2.5和10kW「的壁稳氮弧紫外■真空紫外光源系列，适合于各种不同的应用目的。2软X射线潘宁气体放电光源1

3、31软X射线潘宁光源由阴极、阳极和永久磁铁3部分组成，结构如所示。相对放置的两个阴极尺寸形状一致，各包括1个由铜合金制成筒状的阴极座和1个由高导磁率合金制成的圆形盖板，阴极座和盖板中间放置一块永久磁铁。阴极固定在阴极座上，可更换。阴极直径020mm,厚8mm,材料为铝合金或镁合金。当工作电流为500mA时，溅射率为0.8mmh-l,因此在500mA大电流工作吋，阴极寿命约为8〜10h.阳极呈圆环状，共两片，由铜合金制成，在竖直方向形成直径为20mm的放电通道。利用高导磁材料制成的紧压螺栓不但将阴极■阳极■阴极紧固密封，而且又在主放电室外形成封闭磁路以防止漏

4、磁。测试表明，当磁铁间隙为34mm时，放电通道中心磁感应强度可达0.1T.为防止阴极、阳极、磁铁过热，阴极和阳极分别通水冷却，水流量约为2LMmiml•潘宁光源由一台直流稳流电源供电，最高电压2000V,最大电流500mA,电流稳定性优于*0.5%与通常的气体放电不同，潘宁放电中在放电通道的轴向施加了一个很强的均匀磁场。这样，从阴极发出的电子在飞向阳极的过程中被磁场约束，在电场和磁场的共同作用下作滚轮线运动。电子的空间轨道大大加长，与气体分子碰撞电离、碰撞激发几率也相应增加。放电形成的正离子打到阴极上，形成阴极物质的溅射，在放电区域中心形成的等离子体中产生

5、工作气体和电极材料的高次离子谱线。给出了Penning光源采用铝电极的软X射线.真空紫外光谱分布图。可以看出10nm以上在连续辐射的背景上根据所用工作气体和电极材料的不同，出现了为数众多的强的高次离子谱线。光谱图由McPherson247掠入射真空紫外单色/摄谱仪获得。潘宁光源光强稳定性由工作气压稳定性、电极表面状况及电源稳定性所制约。测试结果表明本所研制的潘宁光源光谱辐射稳定性可达5%h・*RMS）。3双等离子体光源41双等离子体光源由热阴极、障板电极及阳极等3部分构成，结构如所示。3块轴向磁化的环状顿铁氧体用来产生磁场，表面磁感应强度约为0.1T.磁流

6、由一磁极发出，经前紧固法兰和光阑体后，越过磁隙再经障板电板和后紧固法兰回到另一磁极。为保证障板电极与光阑体之间磁流比较集中，光栏体、前紧固法兰、障板电极、后紧固法兰均由导磁性能较好的纯铁制成。采用氧化物灯丝作阴极，灯丝电流25A,由直流稳流电源加热，电流稳定性优于0•丝使用前做活化处理，提高了电子发射效率。放电电流3〜5A,也由直流稳流电源通过分压电阻提供。电流稳定性优于0・05%h、阴、阳极间电压降约为40〜50V•光源采用水冷，水流量为2bmin-1.纯度为99.99%的氮或氮工作气体经双级微调阀减压后进入光源，工作气压约为4〜20Pa.双等离了体光源

7、中既应用了机械约束，又应用了磁场约束。热阴极发射的电子在电场作用下使工作气体电离，并在热阴极和障板电极间形成无任何约束的自市等离子体。与此同时，未被热化的另一部分电子继续向阳极运动，并因障板电极孔径突然减小而受到箍缩。给出了双等离子体光源用真空紫外干板摄取的光谱子和离子谱线。观测到波长最短的是Hell测试是在McPherson247掠入射真空紫外摄谱/单色仪上进行的。双等离子体光源光谱辐射稳定性受工作气压、放电电流和几何结构的影响。测试表明，我们研制的双等离子体光源光谱辐射稳定性优于3%.h・、4真空紫外空阴极光源151真空紫外空阴极光源由空心阴极、筒状阳

8、极、光源室及差分泵单元4部分组成，结构如所示。为保证光源在大电流下