41
(c) רררר ררררר ררררר- 7 ררררר1 ררררר רררררררר – ררר7 : ררררר ררררר רר ררררר ררר רררר ררררר7. 1 ררררררררר רררר7. 2 FIB 7. 3 MEMS 7. ררררר ררררר ררררר רררר, ררררר1-41

מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

Embed Size (px)

DESCRIPTION

מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז. נוספו שקפים חדשים בסוף, שקפים 31-41. בידוד. http://www-spof.gsfc.nasa.gov/Education/wgeiger.html. צילינדר מתכתי. גז. תיל מתכתי. #. Description. Name. 1. Gas + h n Gas + + e -. Photo-Ionization. 2a. Gas + + V - Gas +**. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 1

:7– פרק מכשור אלקטרונימכשור מבוסס על הולכה בגז

7.1מונה גייגר7.2ספקטרומטר מסות

FIB7.3MEMS7.4

נוספו שקפים חדשים בסוף, שקפים 7.5מסכי פלסמה

31-41

Page 2: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 2

http://www-spof.gsfc.nasa.gov/Education/wgeiger.html

7.1מונה גייגר

צילינדר מתכתי

תיל מתכתי

גז

בידוד

Page 3: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 3

תרגיל: תהליכים בשפופרת גייגר

NameDescription#

Photo-IonizationGas + h Gas+ + e- 1

e- + V+ e-**2b

AccelerationGas+ + V- Gas+** 2a

e-** + Gas Gas+ + 2e- 3b

AmplificationGas+** + Gas 2Gas+ +e- 3a

?Ballastמדוע אין

Page 4: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 4

מכלולים#שםתפקיד/תיאור

1

2

3

4

5

6

7משאיבת וואקום

8עיבוד אות

מטרה זיהוי איזוטופים של חומרים • הפרדה חומר לפי המסה של הפרודות•FIB מכלול ב-•

ספקרו-מטרמסות

Page 5: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 5

מכלולים: תרשים זרימהמכלולים: תרשים זרימהתא דגימה – 1

– תא הפרדה5

- תא הגלאי6

תא יינון – 2

תא מסנן מהירויות – 4

- משאיבת 7תא קולימציה – 3וואקום

7.1.1

כיוון התהליך או סדר בין המכלולים

אות הגלאי – 8

מכלולים בתוך המערכתומחוצה לה

Page 6: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 6

תת מכלולים ועץ מוצרתת מכלולים ועץ מוצרתיקי ייצורהערכת עלותתכנון פיתוח ויצורהערכת לוחות זמנים

תיקי ייצורהערכת עלותתכנון פיתוח ויצורהערכת לוחות זמנים

#שםתפקיד/תיאור

1.1

1.2

1.3

1.4

Page 7: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 7

תא דגימה – 1

לתאהיינון

מיכל חיצוניעם דוגמה(או תנור)

מיכל חיצוניעם דוגמה)או תנור(

Vi

תא חיצוני

Vs

תא פנימי

ברז פנימיברז לתא היינון

ברז כניסה

P

7.1.2

עקרון הפעולה

סדר הפעולות

Page 8: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 8

המוכנס לתא הפנימי כמות החומרדוגמה: המוכנס לתא הפנימי כמות החומרדוגמה: Vi = 500 ml

P = 0.23 atmt = 20 0C

T = t +273 = 293.15 0K

ni = (0.23)(0.5)/(0.08205)(293.15) = 4.8 x 10-3 mole

Vi = 500 mlP = 0.23 atm

t = 20 0C T = t +273 = 293.15 0K

ni = (0.23)(0.5)/(0.08205)(293.15) = 4.8 x 10-3 mole

PV

RTn=

ns=[C]2 x Vs=ni

Vs

Vi + Vs

[C]2 =ni

Vi+ Vs

דוגמהVi = 500 ml ; Vs = 25 ml

בתא החיצוני

ns= 4.8x10-3 =0.23 x 10-3 mole25525

V2 = Vi + Vs

ni = Vi [C]i = V2 [C]2 = (Vi + Vs) [C]2

Vsנפח אחרי פתיחת

Page 9: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 9

21תרגיל מס'

מצב הברז בשלב מטרת השלב()פתוח/סגור

שלב

1ברז 2ברז 3ברז

שם הברז

1

2

3

Page 10: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 10

+V

לוח כניסה

מתא הדגימה

תא יינון

-V

יציאה לתא הקולימציה:

קתודה מחוררת

Ar e- Ar+

Ar e- Ar+

Ar Ar+

e- Ar+

Ar e- Ar+

-V

V+ אנודהעקרון

הפעולה של תא היינון

ספקטרומטר מסותפועל רק על יונים חיוביים

Page 11: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 11

תא קולימציה – 3

-V -V’

לוחות קולימציה

עקרון הפעולה של תא הקולימציה

Page 12: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 12

- תא מסנן מהירויות4

Ar+

BvMagnet

v

+

-

לוחות הטעיה חשמליים

E

Page 13: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 13

– עקרון הפעולה תא מסנן מהירויות7.1.5

Ar+

E

Fe = eEכוח מופעל על היון ע"י

השדה החשמלי

Fm = evBv

כוח מופעל על היון ע"י

השדה המגנטי

Page 14: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 14

– עקרון הפעולה תא מסנן מהירויות7.1.5

eE = evv BveE = evv Bv

Ar+

E

vv =EBv

vvמתקיים ב-

ללא תלות במסה

כך שמתקיים:vvלחלק מהיונים יש מהירות

לכל יתר היונים מתקיים אי-שוויון כוחות

eE evi BveE evi Bv

Page 15: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 15

– תא הפרדה5

Ar+

Bv

++

E--

תא מסנןהמהירויות

BsMagnet

s

Page 16: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 16

– תא הפרדה5

Bs

RM = vv

en+Bs

M

RM

E

תא מסנן מהירויות

Ar+

שינויים משנים את Bsב-

RM

Page 17: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 17

– תא הפרדה5

RM = vv

en+BsM

2RM

Ar+, O+, H+ , N+

Page 18: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 18

כיול הספקטרומטר מסותכיול הספקטרומטר מסות

nM

KR

BeBE

K

nM

BeBE

MeBnV

R

MS

vsMS

vss

v

Page 19: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 19

- תא הגלאי6צילום סרט

Page 20: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 20

- תא הגלאי6

גלאי אלקטרוני

גלאי אלקטרוני

שינוי בשדה המגנטי של תא המהירויות או תא הגלאי משנה את האיזוטופ הפוגע

בחריץ של תא הגלאי

nM

BeBE

Rvs

Page 21: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 21

- תא הגלאי6

AAr+

לוחית מוליכה יונים חיוביים הפוגעים בלוחית. המוליכה, מורידים את הזרם

Page 22: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 22

מדידות לדוגמהמדידות לדוגמה

R(A+2 )[cm]

 

 

 

A+2

 

 

 

R[cm]

2.364

 

 

A.M.U

1

16

 

יון

H+

O+

OH+

Page 23: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 23

חיובייםסוגי יונים

- מספר האלקטרונים הנעקרים1Fe+1

Fe+2

Fe+3

- מקור היון (יינון של ...)2 אטום בודדH+

מולקולה  NH3+

חלק ממולקולה שהתפרקהNH2+

- איזוטופים3

Page 24: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 24

איזוטופיםGe+ ? אין כזה, מדברים על כל הקבוצה של איזוטופים

70Ge+

72Ge+

73Ge+

74Ge+

76Ge+

70 72 73 74 76

http://genesismission.jpl.nasa.gov/science/mod3_SunlightSolarHeat/MassSpectrometry/MathMassSpec/index.html

F.W. Seares, Aguilar, Spain,1961. p.232

25.12

Page 25: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 25

Focused Ion Beam FIB

מטרה:יצירת אלומת יונים להשתלה ועיבוד

שטח במל"מ

Mass-spectrometer

ללא גלאי

שולחןXY

מבנה

מצע Ionמל"מ

Beam

vpxl ~ 106 pxl/s

Apxl= l x l = 60x60 nm2

מהירות

גודלפיקסל

7.3

Page 26: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 26

7.3 – FIBה-

חריץ

איזוטופ נבחר

Page 27: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 27

FIB1 -Surface Modificationתהליכי FIBתהליכי (ליטוש)

2 – Etching (חריצת תעלות)

3 -Ion Implantationהשתלת יונים

He+ 20 – 100 eV

H+ 50 – 500 eV

Ge+ 500 eV – 20KeV

Ge – Cutting - חיתוך4

Page 28: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 28

חריצה וחקירהFIB:פעולות עם

גלאים

סילוקחום

,מונע דחיההסטה

http://www.fibics.com/FIBBasics.html

Page 29: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 29

מצולמות במיקרוסקופ FIBפעולות עם אלקטרוני

תכנון

FIBביצוע עם

חיתוך לחקירה SEMבעזרת

Page 30: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 30

http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Fe/isot.html

http://www.sisweb.com/referenc/source/exactmaa.htm

http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/lightning/index.html

קישור לברקים

Isotopes

Page 31: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 31

www.astronomy.ohio-state.edu////atoms.html

Isotopes

שמות של איזוטופיםשל מימן

Hydrogen, H

Deuterium, D

Tritium, T

Page 32: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 32

Carbon-14 is produced by cosmic ray bombardment

of nitrogen. It is radioactive with a half-life of 5,760 years

http://images.encarta.msn.com/xrefmedia/aencmed/targets/illus/ilt/T050525A.gif

איזוטופים של פחמן - ורדיואקטיביות

Page 33: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 33

Listing of known isotopes p→ 12

n↓ HHe34

01H2HeLiBe56

12D3He4Li5BeBC7

23T4He5Li6Be7B8CN8

34H5He6Li7Be8B9C10NO910

45H6He7Li8Be9B10C11N12OFNe

56H7He8Li9Be10B11C12N13O14F15Ne11

67H8He9Li10Be11B12C13N14O15F16NeNa121314

http://en.wikipedia.org/wiki/Isotope

Page 34: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 34

158Gd

152Gd

150Gd

148Gd

153Gd

149Gd

146Gd

145Gd

Stable

>700m years

10k–103m years

10–10,000 years

100d–10 years

10–100 days

1–10 days

<1 day

Half LifeIsotope

זמן מחצית החיים

http://en.wikipedia.org/wiki/Isotope

64Gd

157.25(3)

n/p > 1

Page 35: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 35

פרודות (עיקריות) הנפלטות בהתפרקות רדיואקטיבית

חומררדיואקטיבי

+

-

מסהמטעןסימון

+2e4 amu

-1eme

איןE = mc2 m= hc2

Page 36: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 36

שרשראותהתפרקותגרעינית

Pa, Protactinium

eNCeN 01

147

y5760146

01

147

2/1

תיארוך שרידים של גוף חיי

קרינה קוסמית

Willard F. LibbyThe Nobel Prize in Chemistry 1960

12-

atm126

146 101.3CC

Page 37: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 37

A/693.0A

)2ln(t

t

At)N/Nln(

)Atexp(N/N

)At(expNN

AdtNdN

ANdtdN

2/1

A)N/Nln(

t0

0t

0t

t0

הפירוק הרדיואקטיבי הוא תהליך מסדר ראשון

עבור האיזוטופ

A= 3.8394 × 10-12 s-1

t1/2 = 5730 y

1 y = ? s

Page 38: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 38

נניח שלדוגמה של שריד של חומר חיי בעבר, . 1gעשויה כולה מפחם, יש מסה של

של הדוגמה ומוצאים מודדים את הפליטות min 11.9שיש

חשב את הזמן שעבר מאז שהגוףממנו נמצא השריד חדל לחיות

A)N/Nln( t0t

dN/dt = 11.9/60 = 0.1983 /s בשניות dN/dt - נמצא את 1

- נמצא את מספר הפרודות הפולטות2

dN/dt = AN (dN/dt)/A = Nt = 0.1983/(3.8394×10-12 s-1)

Nt = 5.165x1010

Page 39: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 39

נמצא כמה אטומי פחמן יש בגרם של דוגמה - 3

Catoms10x5.012

10x023.6x

X1

10x023.6g12 23

23

23

14 - מתוכם, כמה היו, בזמן אפס, בתוך הדוגמה פחמן 4

12-

atm126

146 101.3CC

)101.3()C(C -1212

6146

N0 = 14C = (0.5 x 1023)(1.3x10-12) = 0.65x1011 atoms

A)N/Nln( t0t N0/Nt = 6.5x1010/5.165x1010 = 1.26

t = [ln (1.26)]/A = 0.23/(3.8394×10-12) = 6.02 x 1010 s

t = 191 y

נציב בנוסחה – 5

Page 40: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 40

Mahan, College Chemistry, 1966f

מחזוריות בדרגות החימצון –הערכיות – של היסודות

Page 41: מכשור אלקטרוני – פרק 7: מכשור מבוסס על הולכה בגז

(c) שכנר מכשור 7 - הולכה בגזים 41

Br2איזוטופים של

http://www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/Spectrpy/MassSpec/masspec1.htm

- מקור היון (יינון של ...)2

אטום בודדH+

מולקולה  NH3+

חלק ממולקולה שהתפרקה NH2

+

Clשני איזוטופים של ה-

Tandem mass-spectroscopyבבתי חולים