ଚୁମ୍ବକୀୟ ପରିସ୍ରାବନ ଉପକରଣର ମୌଳିକ ତତ୍ତ୍ୱ
ପ୍ଲାଜମା ବିମ୍ରେ ଥିବା ବଡ଼ କଣିକା ପାଇଁ ଚୁମ୍ବକୀୟ ଫିଲ୍ଟରିଂ ଡିଭାଇସ୍ର ଫିଲ୍ଟରିଂ ଯନ୍ତ୍ର ନିମ୍ନଲିଖିତ:
ପ୍ଲାଜ୍ମା ଏବଂ ଚାର୍ଜରେ ଥିବା ବଡ଼ କଣିକା ଏବଂ ଚାର୍ଜ-ଟୁ-ମାସ୍ ଅନୁପାତ ମଧ୍ୟରେ ପାର୍ଥକ୍ୟ ବ୍ୟବହାର କରି, ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡ୍ ପୃଷ୍ଠ ମଧ୍ୟରେ ଏକ "ବାଧା" (ଏକ ବାଫଲ୍ କିମ୍ବା ଏକ ବକ୍ର ଟ୍ୟୁବ୍ କାନ୍ଥ) ଥାଏ, ଯାହା କ୍ୟାଥୋଡ୍ ଏବଂ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ମଧ୍ୟରେ ଏକ ସରଳ ରେଖାରେ ଗତି କରୁଥିବା ଯେକୌଣସି କଣିକାକୁ ଅବରୋଧ କରିଥାଏ, ଯେତେବେଳେ ଆୟନଗୁଡ଼ିକୁ ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ର ଦ୍ୱାରା ବିଚଳିତ କରାଯାଇପାରିବ ଏବଂ "ବାଧା" ଦେଇ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଯାଇପାରିବ।
ଚୁମ୍ବକୀୟ ପରିସ୍ରାବନ ଉପକରଣର କାର୍ଯ୍ୟ ନୀତି
ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ରରେ, Pe<
Pe ଏବଂ Pi ଯଥାକ୍ରମେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ଏବଂ ଆୟନର Larmor ବ୍ୟାସାର୍ଦ୍ଧ, ଏବଂ a ହେଉଛି ଚୁମ୍ବକୀୟ ଫିଲ୍ଟରର ଭିତର ବ୍ୟାସ। ପ୍ଲାଜମାରେ ଥିବା ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ଗୁଡ଼ିକ Lorentz ବଳ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରଭାବିତ ହୁଅନ୍ତି ଏବଂ ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ର ସହିତ ଅକ୍ଷୀୟ ଭାବରେ ଘୂର୍ଣ୍ଣନ କରନ୍ତି, ଯେତେବେଳେ ଲାର୍ମର ବ୍ୟାସାର୍ଦ୍ଧରେ ଆୟନ ଏବଂ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ମଧ୍ୟରେ ପାର୍ଥକ୍ୟ ହେତୁ ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ର ଆୟନଗୁଡ଼ିକର କ୍ଲଷ୍ଟରିଂ ଉପରେ କମ୍ ପ୍ରଭାବ ପକାଏ। ତଥାପି, ଯେତେବେଳେ ଚୁମ୍ବକୀୟ ଫିଲ୍ଟର ଡିଭାଇସ୍ର ଅକ୍ଷ ସହିତ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ଗତି, ଏହା ଏହାର ଧ୍ୟାନ ଏବଂ ଶକ୍ତିଶାଳୀ ଋଣାତ୍ମକ ବୈଦ୍ୟୁତିକ କ୍ଷେତ୍ର ଯୋଗୁଁ ଘୂର୍ଣ୍ଣନ ଗତି ପାଇଁ ଅକ୍ଷୀୟ ସହିତ ଆୟନଗୁଡ଼ିକୁ ଆକର୍ଷିତ କରିବ, ଏବଂ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ଗତି ଆୟନଠାରୁ ଅଧିକ ହେବ, ତେଣୁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ନିରନ୍ତର ଆୟନକୁ ଆଗକୁ ଟାଣିବ, ଯେତେବେଳେ ପ୍ଲାଜମା ସର୍ବଦା ଅଧା-ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଭାବରେ ନିରପେକ୍ଷ ରହିଥାଏ। ବଡ଼ କଣିକାଗୁଡ଼ିକ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ଭାବରେ ନିରପେକ୍ଷ କିମ୍ବା ସାମାନ୍ୟ ନକାରାତ୍ମକ ଭାବରେ ଚାର୍ଜିତ ହୋଇଥାଏ, ଏବଂ ଗୁଣବତ୍ତା ଆୟନ ଏବଂ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ଗୁଡ଼ିକ ଅପେକ୍ଷା ବହୁତ ବଡ଼, ମୂଳତଃ ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ର ଏବଂ ଜଡ଼ତା ସହିତ ରେଖୀୟ ଗତି ଦ୍ୱାରା ପ୍ରଭାବିତ ହୁଏ ନାହିଁ, ଏବଂ ଉପକରଣର ଭିତର କାନ୍ଥ ସହିତ ଧକ୍କା ହେବା ପରେ ଫିଲ୍ଟର ହୋଇଯିବ।
ବଙ୍କା ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ର ବକ୍ରତା ଏବଂ ଗ୍ରାଡିଏଣ୍ଟ ଡ୍ରିଫ୍ଟ ଏବଂ ଆୟନ-ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ ଧକ୍କାର ମିଳିତ କାର୍ଯ୍ୟ ଅଧୀନରେ, ଚୁମ୍ବକୀୟ ପରିସ୍ରାବନିକା ଉପକରଣରେ ପ୍ଲାଜମାକୁ ବିଚ୍ୟୁତ କରାଯାଇପାରିବ। ଆଜି ବ୍ୟବହୃତ ସାଧାରଣ ତତ୍ତ୍ୱଗତ ମଡେଲଗୁଡ଼ିକ ହେଉଛି ମୋରୋଜଭ ଫ୍ଲକ୍ସ ମଡେଲ ଏବଂ ଡେଭିଡସନ ରିଜିଡ ରୋଟର ମଡେଲ, ଯାହାର ନିମ୍ନଲିଖିତ ସାଧାରଣ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟ ଅଛି: ଏକ ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ର ଅଛି ଯାହା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନଗୁଡ଼ିକୁ ଏକ କଠିନ ଭାବରେ ହେଲିକାଲ୍ ଭାବରେ ଗତି କରାଏ।
ଚୁମ୍ବକୀୟ ପରିସ୍ରାବନ ଉପକରଣରେ ପ୍ଲାଜମାର ଅକ୍ଷୀୟ ଗତିକୁ ମାର୍ଗଦର୍ଶନ କରୁଥିବା ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ରର ଶକ୍ତି ଏପରି ହେବା ଉଚିତ ଯେ:
Mi, Vo, ଏବଂ Z ଯଥାକ୍ରମେ ଆୟନ ବସ୍ତୁତ୍ୱ, ପରିବହନ ବେଗ ଏବଂ ବହନ କରାଯାଇଥିବା ଚାର୍ଜ ସଂଖ୍ୟା। a ହେଉଛି ଚୁମ୍ବକୀୟ ଫିଲ୍ଟରର ଭିତର ବ୍ୟାସ, ଏବଂ e ହେଉଛି ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ଚାର୍ଜ।
ଏହା ମନେ ରଖିବା ଉଚିତ ଯେ କିଛି ଉଚ୍ଚ ଶକ୍ତି ଆୟନଗୁଡ଼ିକୁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ବିମ୍ ଦ୍ୱାରା ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ ଭାବରେ ଆବଦ୍ଧ କରାଯାଇପାରିବ ନାହିଁ। ସେମାନେ ଚୁମ୍ବକୀୟ ଫିଲ୍ଟରର ଭିତର କାନ୍ଥ ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ପହଞ୍ଚିପାରନ୍ତି, ଭିତର କାନ୍ଥକୁ ଏକ ସକାରାତ୍ମକ ବିଭବରେ ପରିଣତ କରିପାରନ୍ତି, ଯାହା ଫଳରେ ଆୟନଗୁଡ଼ିକୁ ଭିତର କାନ୍ଥ ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ପହଞ୍ଚିବାକୁ ବାଧା ଦିଏ ଏବଂ ପ୍ଲାଜମାର କ୍ଷତି ହ୍ରାସ କରେ।
ଏହି ଘଟଣା ଅନୁସାରେ, ଲକ୍ଷ୍ୟ ଆୟନ ପରିବହନ ଦକ୍ଷତାକୁ ଉନ୍ନତ କରିବା ପାଇଁ ଆୟନଗୁଡ଼ିକର ଧକ୍କାକୁ ବାଧା ଦେବା ପାଇଁ ଚୁମ୍ବକୀୟ ଫିଲ୍ଟର ଡିଭାଇସର କାନ୍ଥରେ ଏକ ଉପଯୁକ୍ତ ସକାରାତ୍ମକ ପକ୍ଷପାତ ଚାପ ପ୍ରୟୋଗ କରାଯାଇପାରିବ।
ଚୁମ୍ବକୀୟ ପରିସ୍ରାବନ ଉପକରଣର ବର୍ଗୀକରଣ
(୧) ରେଖୀୟ ଗଠନ। ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ର ଆୟନ ବିମ୍ ପ୍ରବାହ ପାଇଁ ଏକ ମାର୍ଗଦର୍ଶିକା ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରେ, କ୍ୟାଥୋଡ୍ ସ୍ପଟ୍ର ଆକାର ଏବଂ ମାକ୍ରୋସ୍କୋପିକ୍ କଣିକା କ୍ଲଷ୍ଟରର ଅନୁପାତକୁ ହ୍ରାସ କରେ, ପ୍ଲାଜମା ମଧ୍ୟରେ ଧକ୍କାକୁ ତୀବ୍ର କରେ, ନିରପେକ୍ଷ କଣିକାଗୁଡ଼ିକୁ ଆୟନରେ ରୂପାନ୍ତରିତ କରେ ଏବଂ ମାକ୍ରୋସ୍କୋପିକ୍ କଣିକା କ୍ଲଷ୍ଟରର ସଂଖ୍ୟା ହ୍ରାସ କରେ, ଏବଂ ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ର ଶକ୍ତି ବୃଦ୍ଧି ସହିତ ବଡ଼ କଣିକାଗୁଡ଼ିକର ସଂଖ୍ୟା ଦ୍ରୁତ ଭାବରେ ହ୍ରାସ କରେ। ପାରମ୍ପରିକ ମଲ୍ଟି-ଆର୍କ ଆୟନ୍ ଆବରଣ ପଦ୍ଧତି ସହିତ ତୁଳନା କଲେ, ଏହି ସଂରଚିତ ଉପକରଣ ଅନ୍ୟ ପଦ୍ଧତି ଦ୍ୱାରା ହେଉଥିବା ଦକ୍ଷତାରେ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ହ୍ରାସକୁ ଦୂର କରିଥାଏ ଏବଂ ପ୍ରାୟ 60% ବଡ଼ କଣିକାଗୁଡ଼ିକର ସଂଖ୍ୟା ହ୍ରାସ କରିବା ସହିତ ମୂଳତଃ ସ୍ଥିର ଫିଲ୍ମ ଜମା ହାରକୁ ସୁନିଶ୍ଚିତ କରିପାରିବ।
(2) ବକ୍ର ପ୍ରକାରର ଗଠନ। ଯଦିଓ ଗଠନର ବିଭିନ୍ନ ରୂପ ଅଛି, କିନ୍ତୁ ମୌଳିକ ନୀତି ସମାନ। ପ୍ଲାଜ୍ମା ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ର ଏବଂ ବୈଦ୍ୟୁତିକ କ୍ଷେତ୍ରର ମିଳିତ କାର୍ଯ୍ୟ ଅଧୀନରେ ଗତି କରେ, ଏବଂ ଚୁମ୍ବକୀୟ ବଳ ରେଖାର ଦିଗ ସହିତ ଗତିକୁ ବିଚ୍ୟୁତ ନକରି ପ୍ଲାଜ୍ମାକୁ ସୀମିତ ଏବଂ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ କରିବା ପାଇଁ ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ର ବ୍ୟବହାର କରାଯାଏ। ଏବଂ ଚାର୍ଜ ହୋଇନଥିବା କଣିକାଗୁଡ଼ିକ ରେଖୀୟ ସହିତ ଗତି କରିବେ ଏବଂ ପୃଥକ ହେବେ। ଏହି ଗଠନମୂଳକ ଉପକରଣ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରସ୍ତୁତ ଫିଲ୍ମଗୁଡ଼ିକରେ ଉଚ୍ଚ କଠୋରତା, ନିମ୍ନ ପୃଷ୍ଠ ରୁକ୍ଷତା, ଭଲ ଘନତ୍ୱ, ସମାନ ଶସ୍ୟ ଆକାର ଏବଂ ଦୃଢ଼ ଫିଲ୍ମ ବେସ୍ ଆଡେସନ୍ ଅଛି। XPS ବିଶ୍ଳେଷଣ ଦର୍ଶାଏ ଯେ ଏହି ପ୍ରକାରର ଉପକରଣ ସହିତ ଆବୃତ ta-C ଫିଲ୍ମଗୁଡ଼ିକର ପୃଷ୍ଠ କଠୋରତା 56 GPa ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ପହଞ୍ଚିପାରେ, ତେଣୁ ବକ୍ର ଗଠନ ଉପକରଣ ହେଉଛି ବଡ଼ କଣିକା ଅପସାରଣ ପାଇଁ ସର୍ବାଧିକ ବ୍ୟବହୃତ ଏବଂ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ପଦ୍ଧତି, କିନ୍ତୁ ଲକ୍ଷ୍ୟ ଆୟନ୍ ପରିବହନ ଦକ୍ଷତାକୁ ଆହୁରି ଉନ୍ନତ କରିବାକୁ ପଡିବ। 90° ବଙ୍କା ଚୁମ୍ବକୀୟ ପରିଚ୍ଛେଦନ ଉପକରଣ ହେଉଛି ସର୍ବାଧିକ ବ୍ୟବହୃତ ବକ୍ର ଗଠନ ଉପକରଣ ମଧ୍ୟରୁ ଗୋଟିଏ। ଟା-ସି ଫିଲ୍ମଗୁଡ଼ିକର ପୃଷ୍ଠ ପ୍ରୋଫାଇଲ୍ ଉପରେ ପରୀକ୍ଷଣରୁ ଜଣାପଡିଛି ଯେ 90° ବଙ୍କା ଚୁମ୍ବକୀୟ ଫିଲ୍ଟ୍ରେସନ୍ ଡିଭାଇସ୍ ତୁଳନାରେ 360° ବଙ୍କା ଚୁମ୍ବକୀୟ ଫିଲ୍ଟ୍ରେସନ୍ ଡିଭାଇସ୍ ର ପୃଷ୍ଠ ପ୍ରୋଫାଇଲ୍ ବହୁତ ପରିବର୍ତ୍ତନ ହୁଏ ନାହିଁ, ତେଣୁ ବଡ଼ କଣିକା ପାଇଁ 90° ବଙ୍କା ଚୁମ୍ବକୀୟ ଫିଲ୍ଟ୍ରେସନ୍ ର ପ୍ରଭାବ ମୂଳତଃ ହାସଲ କରାଯାଇପାରିବ। 90° ବଙ୍କା ଚୁମ୍ବକୀୟ ଫିଲ୍ଟ୍ରେସନ୍ ଡିଭାଇସ୍ରେ ମୁଖ୍ୟତଃ ଦୁଇ ପ୍ରକାରର ଗଠନ ଥାଏ: ଗୋଟିଏ ହେଉଛି ଭାକ୍ୟୁମ୍ ଚାମ୍ବରରେ ରଖାଯାଇଥିବା ଏକ ବେଣ୍ଡ୍ ସୋଲେନଏଡ୍, ଏବଂ ଅନ୍ୟଟି ଭାକ୍ୟୁମ୍ ଚାମ୍ବର ବାହାରେ ରଖାଯାଇଥାଏ, ଏବଂ ସେମାନଙ୍କ ମଧ୍ୟରେ ପାର୍ଥକ୍ୟ କେବଳ ଗଠନରେ। 90° ବଙ୍କା ଚୁମ୍ବକୀୟ ଫିଲ୍ଟ୍ରେସନ୍ ଡିଭାଇସ୍ର କାର୍ଯ୍ୟ ଚାପ 10-2Pa କ୍ରମରେ ଅଛି, ଏବଂ ଏହାକୁ ବିଭିନ୍ନ ପ୍ରକାରର ପ୍ରୟୋଗରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇପାରିବ, ଯେପରିକି ନାଇଟ୍ରାଇଡ୍, ଅକ୍ସାଇଡ୍, ଆକାରହୀନ କାର୍ବନ, ଅର୍ଦ୍ଧପରିବାହୀ ଫିଲ୍ମ ଏବଂ ଧାତୁ କିମ୍ବା ଅଣ-ଧାତୁ ଫିଲ୍ମ ଆବରଣ।
ଚୁମ୍ବକୀୟ ପରିସ୍ରାବନ ଉପକରଣର ଦକ୍ଷତା
ଯେହେତୁ ସମସ୍ତ ବଡ଼ କଣିକା କାନ୍ଥ ସହିତ ନିରନ୍ତର ଧକ୍କାରେ ଗତିଜ ଶକ୍ତି ହରାଇ ପାରନ୍ତି ନାହିଁ, ତେଣୁ ପାଇପ୍ ଆଉଟଲେଟ୍ ମାଧ୍ୟମରେ ଏକ ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ ସଂଖ୍ୟକ ବଡ଼ କଣିକା ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ରେ ପହଞ୍ଚିବେ। ତେଣୁ, ଏକ ଲମ୍ବା ଏବଂ ସଂକୀର୍ଣ୍ଣ ଚୁମ୍ବକୀୟ ପରିଷ୍କାରଣ ଡିଭାଇସ୍ରେ ବଡ଼ କଣିକାଗୁଡ଼ିକର ପରିଷ୍କାରଣ ଦକ୍ଷତା ଅଧିକ ଥାଏ, କିନ୍ତୁ ଏହି ସମୟରେ ଏହା ଲକ୍ଷ୍ୟ ଆୟନଗୁଡ଼ିକର କ୍ଷତି ବୃଦ୍ଧି କରିବ ଏବଂ ସେହି ସମୟରେ ଗଠନର ଜଟିଳତା ବୃଦ୍ଧି କରିବ। ତେଣୁ, ଉଚ୍ଚ କାର୍ଯ୍ୟକ୍ଷମ ପତଳା ଫିଲ୍ମ ଜମା କରିବାରେ ବ୍ୟାପକ ପ୍ରୟୋଗ ସମ୍ଭାବନା ପାଇଁ ବହୁ-ଆର୍କ ଆୟନ ଆବରଣ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ପାଇଁ ଚୁମ୍ବକୀୟ ପରିଷ୍କାରଣ ଡିଭାଇସ୍ରେ ଉତ୍କୃଷ୍ଟ ବଡ଼ କଣିକା ଅପସାରଣ ଏବଂ ଆୟନ ପରିବହନର ଉଚ୍ଚ ଦକ୍ଷତା ନିଶ୍ଚିତ କରିବା ଏକ ଆବଶ୍ୟକୀୟ ପୂର୍ବାବଶ୍ୟକତା। ଚୁମ୍ବକୀୟ ପରିଷ୍କାରଣ ଡିଭାଇସ୍ର କାର୍ଯ୍ୟ ଚୁମ୍ବକୀୟ କ୍ଷେତ୍ର ଶକ୍ତି, ବଙ୍କା ପକ୍ଷପାତ, ଯାନ୍ତ୍ରିକ ବାଫଲ୍ ଆପେର୍ଚର, ଆର୍କ ଉତ୍ସ କରେଣ୍ଟ ଏବଂ ଚାର୍ଜ୍ ହୋଇଥିବା କଣିକା ଘଟଣା କୋଣ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରଭାବିତ ହୁଏ। ଚୁମ୍ବକୀୟ ପରିଷ୍କାରଣ ଡିଭାଇସ୍ର ଯୁକ୍ତିଯୁକ୍ତ ପାରାମିଟର ସେଟ୍ କରି, ବଡ଼ କଣିକାଗୁଡ଼ିକର ପରିଷ୍କାରଣ ପ୍ରଭାବ ଏବଂ ଲକ୍ଷ୍ୟର ଆୟନ ସ୍ଥାନାନ୍ତର ଦକ୍ଷତାକୁ ପ୍ରଭାବଶାଳୀ ଭାବରେ ଉନ୍ନତ କରାଯାଇପାରିବ।
ପୋଷ୍ଟ ସମୟ: ନଭେମ୍ବର-୦୮-୨୦୨୨