简介

原理

应用

参考文献

法拉第杯(Faraday Cup)

简介

法拉第杯是一种金属制设计成杯状，用来测量带电粒子入射强度的一种真空侦测器。测得的电流可以用来判定入射电子或离子的数量。法拉第杯是用在电学有卓著贡献的麦可·法拉第的姓氏来命名。

原理

Faraday杯与质谱仪的其他部分保持一定电位差以便捕获离子，当离子经过一个或多个抑制栅极进入杯中时，将产生电流，经转换成电压后进行放大记录。

当离子或电子进入法拉第杯以后，会产生电流或电子流。对一个连续的带单电荷的离子束来说：其中，N是离子数量、t是时间(秒)、I是测得的电流(安培)、e是基本电荷(约 1.60 x 10-19 库仑)。我们可以估算，若测得电流为 10-9 A (1 nA)，即约有六十亿个离子被法拉第杯收集。

有两种因素会造成测量的误差，第一个是入射的带电粒子撞击法拉第杯表面产生低能量的二次电子而逃离；第二种是入射粒子的反向散射。因此法拉第杯只适用于加速电压<1kV的质谱仪，因为更高的加速电压使产生能量较大的离子流，这样离子流轰击入口狭缝或抑制栅极时会产生大量二次电子甚至二次离子，从而影响信号检测。

应用

Faraday杯可以被用在许多需要侦测离子或电子的分析仪器里，如质谱仪。其优点是简单可靠，配以合适的放大器可以检测≈10-15A的离子流，缺点是没有像其他带电粒子侦测器如电子倍增管与微通道板那样灵敏。不过法拉第杯透过电流与电荷的转换，可获得准确的电荷数量。它们常被搭配使用，法拉第杯用来侦测较强的讯号，电子倍增管或微通道板用来侦测微小的讯号。此外，法拉第杯也有设计成阻滞电场分析仪(Retarding field analyzer, RFA)的形式，可用来测量离子束的强度与能量分布。

参考文献

1. Brown, K. L.; G. W. Tautfest, Faraday-Cup Monitors for High-Energy Electron Beams, Review of Scientific Instruments, 27 (9): 696–702, doi:10.1063/1.1715674