法拉第筒是一種最簡單、最常用的檢測器，是一種電荷收集器，被測量的電子束穿過二極體陽極入射到法拉第筒收集體中，與收集體物質發生電離相互作用而被阻止時，則產生激勵電流。當此電流流經一種低感小電阻時，電阻上產生正比於流強的瞬時電位。用示波器記錄下此信號，就可推算出所測量的電子束流的強度。這種檢測器常用在精密測量同位素的質譜儀上，檢測限可達10-16～10-17 A。
基本介紹
- 中文名：法拉第筒
- 外文名：Faraday cup
- 屬性：電子檢測儀器
- 尺寸為：400mm×450mm
原理,結構,操作步驟,注意事項,
原理
法拉第筒方法實際上是一種電荷收集器，用來直接測量電子束流，如圖是法拉第筒原理簡圖。被測的電子入射到法拉第筒的收集體中，與收集體物質相互作用而被阻止，收集的電荷形成電流經過一個低電感小電阻產生一個正比與電流的信號電壓，用示波器記錄下來。很顯然，為了使測量準確，收集體的收集效率要高，電阻做成同軸形式，以減小電感，還要有良好的接點導電性能。
法拉第筒原理示意圖
法拉第筒原理示意圖結構
法拉第筒主要由收集體、測量電阻和接地圓盤三部分組成。
（1）收集體的作用是收集入射電子。電子與收集體物質的相互作用主要有三種方式：電離損失、輻射損失和散射損失。各種相互作用都與吸收物質的原子序數有關係，散射損失、輻射損失與物質的原子序數的平方成正比，電離損失與物質的原子序數成正比。對收集體的主要要求是：要儘量使各種損失減小，提高收集效率，同時要求不導磁。吸收體應選擇低原子序數的物質。石墨的原子序數低，具有熱容量大、耐束流轟擊、導電性能好和有一定的機械強度等優點，所以收集體一般常用高純度石墨。法拉第筒入口一般設計成喇叭形，以減少次級電子逸出。為了消除電漿電流的影響，在法拉第筒入口處加一橡皮薄膜，薄膜與法拉第筒之間的真空區可以形成一個勢壘，以阻擋電漿中的電子進入收集體。
（2）同軸測量電阻：為了減小測量電阻的電阻值、電感值和電容值，一般測量電阻做成同軸形狀。當同軸電阻箔厚度小於電阻材料的趨膚深度時，同軸電阻的電阻值就不再隨信號的頻率而變化。如當脈衝功率裝置中的電子束流的頻率為100MHz時，計算得到在不鏽鋼中的趨膚深度約為0.044mm。當同軸測量電阻材料選擇不鏽鋼箔時，如電阻的厚度為0.044mm，就可以不考慮趨膚效應的影響，而用一般公式計算電阻值、電感值和電容值。
（3）接地圓盤：主要技術要求是要儘量做到有良好的電接觸，圓盤的電感遠小於同軸測量電阻的電感，並具有良好的真空密封性能。另外，接地圓盤是整個法拉第筒的骨架，除要考慮法拉第筒各部分的安裝外，還要考慮圓盤上的機械結構、良好的導電性能、測試時和二極體的配合安裝。
法拉第筒結構示意圖
法拉第筒結構示意圖操作步驟
連線好法拉第筒及電測定裝置：將專用連線線的一端與電荷量表的輸入口相連，另一端與法拉第筒外筒上的外掛程式連線。接通電荷量測定裝置的電源，將電源開關向上撥至“開”位置，數碼管顯示數字。按一下“清零”按鈕，使電荷量表顯示數字為零。將帶電試樣提起，立即投入（1秒內）法拉第筒內部。在此過程中試樣與其他物體應保持30cm以上距離。最後讀取電荷量測定裝置上的讀數。
注意事項
（1）該系統必須可靠連地，即：法拉第筒外筒可靠接地。
（2）每次測量前電荷量測定裝置必須清零。
（3）測量時被測物體必須脫離電源。
（4）當被測物體在測量前充電電位比較高時（如超過10KV），採用直接測量方式時（不採用法拉第筒）。
（5）應在被測物體和主機之間串聯一個10MΩ左右的電阻，防止被測物體與主機輸入端之間火花放電。
（6）操作者佩戴隨機附帶的純棉手套。
