Kimball Physics FC-73 法拉第杯

产品概述

Kimball Physics FC-73 法拉第杯连接至电流表，用于收集和测量带电粒子电流，例如电子枪或离子枪发射的束流。该法拉第杯安装在 2.75 英寸 CF 法兰上，便于连接至真空系统。法拉第杯与超高真空（UHV）兼容，可完全烘烤至 350°C。

法拉第杯由一个底部封闭的中空不锈钢圆柱体构成，带有用于收集电子或离子的孔径。标准孔径直径为 5.0 mm，也可提供定制孔径尺寸。接地孔径支架提供电气屏蔽。法拉第杯直接电气连接至 BNC 接口，可连接至电流表。

功率输入限制：连续测量时，标准 FC-73 法拉第杯的输入功率不得超过 4 瓦。法拉第杯温度不应超过 350°C，否则会导致放气。

栅网能量分析器

FC-73 法拉第杯配备三片栅网，可用作能量分析器。电子或离子通过的顺序依次为：接地栅网（G）、减速栅网（R）、抑制栅网（S）。

• 接地栅网：安装于孔径板上，通过连接至屏蔽罩接地

• 减速栅网：施加可变电位以分析电子或离子的能量分布

  • 对于电子/负离子：栅网电压为负

  • 对于正离子：栅网电压为正

  • 测量法拉第杯电流时，将减速栅网电压从零逐渐升高至完全截止电流的电压值（典型范围为加速电压的 ±10%）

• 抑制栅网：施加低压时，用于抑制二次电子/散射电子或散射离子，防止电流损失，同时降低减速栅网与法拉第杯之间的电容耦合

  • 注意：在低束流能量下，抑制栅网电压不宜过高，否则可能干扰束流

电压能力：标准 FC-73 法拉第杯的减速栅网最高可施加 5000 V。

能量分析应用

图 3 展示了该技术用于分析电子枪输出电子的能量分布。在任意给定的减速栅网电位下，法拉第杯电流代表能量高于该电位的粒子所产生的总电流。对数据进行微分处理，可得到能量分布曲线（图 4），显示束流中存在的能量成分。

可选磷光屏

FC-73 法拉第杯的前面板可选配高亮度 P22 磷光屏（ZnS:Ag）。接地磷光靶屏有助于实时目视观察束斑：

• 工作原理：受高能粒子轰击时发射淡蓝色光

• 阈值能量：电子约 500 eV，离子约 1000 eV

• 用途：电子枪对准、优化束流均匀性或最小束斑尺寸的操作参数设定

• 注意：过量电流或长时间暴露可能损坏磷光屏

法拉第杯偏置

若无抑制栅网，可对法拉第杯施加电气偏置以减少收集粒子的散射并抑制二次电子发射：

实现方式：在真空馈入件与电流表之间放置电池。

功率输入与热管理

功率与温升关系（近似线性）：

• 2 W 连续输入 → 约 150°C

• 4 W 连续输入 → 约 300°C

高功率使用建议：短暂测量电流，待冷却后再重复测量。

• 20 W 连续输入持续 40 秒 → 温升约 150°C

• 从 200°C 冷却至室温约需 15 分钟

高聚焦束流特别注意事项：高功率密度可能导致法拉第杯在束流冲击区域达到熔化温度。

• 示例：1 mA @ 10 keV，聚焦至 1 mm 束斑 → 功率密度约 13 kW/cm²，假设无热传导，约 11 微秒 即可使不锈钢达到熔点

核心规格总结