Будет ли маленький электронный микроскоп в кубсате хорошо работать в космосе на расстоянии 400 км?

Теперь в космосе есть электронный микроскоп!

Предположим, что, выиграв в лотерею, я могу построить небольшую скромную колонку SEM и поместить ее в кубсат высотой 6U, который открывает одну сторону, чтобы электронная оптика была открыта для космического вакуума, а не для какой-либо громоздкой вакуумной накачки.

Кубсат покидает МКС, поэтому он подвергается воздействию окружающей среды на высоте 400 км. Он оснащен большой 100 м х 1 см петлей из каптона или тонкой металлической фольги на двигателе, так что он собирает удары микрометеорита (или штамма Андромеды), а затем изучает их, по крайней мере, это мое оправдание для его запуска, надеюсь, они позволят мне проведите его по МКС, чтобы изучить повреждения различных материалов снаружи МКС.

Вопрос: Насколько хорош вакуум на 400 км для РЭМ? Можно ли это выразить в торрах? Другими словами, 1E-03? 1Э-06? 1Э-10? Насколько высоко она может подняться в период высокой солнечной активности?

В моем маленьком РЭМ в основном заключены соленоидные электромагниты (от 100 Гс до 1 кГс), а также несколько небольших сканирующих катушек для визуализации и электростатических линз в пистолете. Будет ли это проблемой с точки зрения заряженных частиц там или поля Земли?

А как насчет горячей вольфрамовой нити в электронной пушке? Будет ли это проблемой?

Будет ли мой детектор вторичных электронов завален электронами в космосе?

Даже если вакуум окажется довольно хорошим, есть ли виды, которые будут атаковать материалы в моем РЭМ?

Работа в высоком вакууме — мое хобби, так что это безумно интересный вопрос.
@ikrase Мне бы очень хотелось, чтобы на сайте SE Physical Sciences были экспериментальные методы. SE по химии, биологии и наукам о Земле с радостью отвечает на такие вопросы, как SE по инженерии и SE по электронике, но SE по физике либо игнорирует их, либо закрывает как «не о физике».
Я полностью согласен. Я также хотел бы, чтобы был сайт «вакуум, плазма, масс-спектрометр и SEM», хотя IDK сколько людей будет его использовать.
@ikrase не говорите, что последняя часть ;-) В какой-то момент в будущем может оказаться целесообразным запустить новый сайт SE, если будет достаточно широкая поддержка.
Электронный микроскоп может отображать только токопроводящие объекты, поэтому вам нужно каким-то образом направить на цель тонкое металлическое покрытие. Кроме того, ионы и заряженные частицы могут создать массу шума, потому что ваш микроскоп может оказаться счетчиком Гейгера или спектрометром для космических лучей.
@user3528438 user3528438 У меня есть личный опыт работы с электронной микроскопией малых диэлектрических частиц и структур; 1) Пока вы можете избежать зарядки образца быстрее, чем он может разрядиться, все в порядке, иногда полезно получить популяционную статистику приблизительных размеров частиц, даже если у вас нет изображений отдельных частиц с максимальным разрешением, и 2) для некоторых измерений, таких как EDX, вы также можете терпеть некоторую зарядку. При более высоком кВ на один входящий электрон приходится несколько вторичных электронов, поэтому диэлектрики будут заряжаться положительно, но при низком напряжении (например, ниже 1 кВ)...
@user3528438 user3528438 ... вы можете примерно сбалансировать входящий заряд от луча с исходящим зарядом от вторичных. Это действительно зависит от того, какое измерение вы пытаетесь сделать. Случайный пример СЭМ с высоким разрешением ниже 1 кВ: hitachi-hightech.com/global/products/device/semiconductor/… а также Непроводящие образцы могут быть отображены без покрытия с использованием СЭМ окружающей среды (ESEM) или в режиме низкого напряжения. работы СЭМ.

Ответы (1)

Похоже, что атмосферное давление на высоте 400 км МКС находится в диапазоне высокого вакуума 1E-6 торр. (760 торр = 1 бар). Это может быть несколько осложнено тем фактом, что температура термосферы сильно различается.

Этот уровень сам по себе достаточен для большинства высоковакуумных технологий, таких как электронные пушки, масс-спектрометры и т. д., но он не соответствует уровню сверхвысокого вакуума (1E-9 торр), необходимому для некоторых самые современные и передовые вакуумные технологии. Как правило, миниатюризация помогает вакууму и технологии заряженных частиц работать при посредственном вакууме.

Обычно разные части электронного микроскопа накачиваются до совершенно разного качества вакуума, при этом колонка иногда нагнетается до безумных уровней сверхвысокого вакуума, в то время как камера для образца просто не может быть накачана до этого уровня, потому что она должна содержать образец. который имеет ненулевое давление пара. Если вы хотите использовать СВВ-колонку (необходимую для некоторых из самых долговечных и технологически продвинутых электронных эмиттеров, в меньшей степени для традиционной вольфрамовой нити накаливания), вы, вероятно, можете просто закрыть ее и запустить ионные насосы (без движущихся частей!) чтобы откачать его еще больше - нет необходимости его герметизировать.

У вас могут быть некоторые опасения по поводу дегазации материалов вашего кубсата — внутренняя часть колонки, вероятно, должна быть сделана только из материалов, из которых сделан обычный СЭМ (нержавеющая сталь, медь, алюминий, золото, серебро, никель, стекло). , керамика, вольфрам и молибден, а также абсолютно минимальное количество эластомера Viton или пластика PEEK, когда они вам абсолютно необходимы).

К сожалению, я не могу дать много ответа о магнитных полях или электронах в космосе, за исключением того, что с последними можно справиться с помощью соответствующего электростатического экранирования.

Это очень полезно, спасибо!
Думаю, небольшой турбонасос не помешал бы. В космосе ему не нужен форвакуумный насос или вакуумные уплотнения, а с магнитными подшипниками ему требуется очень мало энергии.
Разве космос уже не находится на уровне вакуума турбонасоса?