Un analizador electrostático o ESA es un instrumento utilizado en óptica iónica que emplea un campo eléctrico para permitir el paso de sólo aquellos iones o electrones que tienen una energía específica dada . Por lo general, también enfoca estas partículas (las concentra) en un área más pequeña. Los ESA se utilizan típicamente como componentes de la instrumentación espacial, para limitar el rango de energía de exploración (detección) y, por lo tanto, también el rango de partículas objetivo para la detección y la medición científica. El análogo más cercano en la óptica de fotones es un filtro .
Los analizadores electrostáticos están diseñados en diferentes configuraciones. Una versión simple es un analizador cilíndrico radial, que consta de dos placas paralelas curvas a diferentes potenciales. Los iones o electrones ingresan al analizador por un extremo y pasan por el otro extremo o chocan con las paredes del analizador, según su energía inicial. En este tipo de analizadores, un ESA cambia solo la componente radial de la velocidad de una partícula cargada, ya que el potencial en las placas solo varía en la dirección radial si se considera la geometría en coordenadas cilíndricas. Ecuación de Poissonse puede usar para calcular la magnitud del campo eléctrico que apunta radialmente hacia adentro. La fuerza resultante que apunta hacia adentro generada por este campo eléctrico hará que las trayectorias de las partículas se curven en un movimiento circular uniforme. Dependiendo de la energía inicial (velocidad), solo ciertas partículas tendrán el movimiento "correcto" para salir del analizador rastreando su estructura física, mientras que otras chocarán contra las paredes del instrumento. Además de la energía, el ángulo de entrada también afectará el tiempo de vuelo de las partículas a través del analizador, así como el ángulo de salida. En la práctica, las placas suelen tener cargas opuestas y potenciales muy altos. Además, la superficie interna del analizador, generalmente de aluminio para misiones espaciales,a veces está chapado con cromo negro o inclusoEbonol C para absorber la luz parásita, en lugar de permitir que rebote.
El analizador de energía cilíndrica de campo facial es una clase muy nueva de analizadores de energía cilíndrica electrostática. Utiliza un campo cilíndrico, restringido por electrodos cilíndricos concéntricos y dos electrodos planos perpendiculares al eje de simetría. [1] [2]El electrodo interior suele estar conectado con los electrodos planos, y el exterior, que está eléctricamente aislado, tiene un potencial eléctrico que puede ser constante o variable. (El potencial es negativo (-) para un haz de electrones y positivo (+) para un haz de iones positivos). El campo de enfoque se vuelve muy diferente al del tipo de cilindro simple (como en el conocido CMA) cerca de los límites de cara plana; es decir, puede lograr una resolución de energía muy alta para un haz que ingresa a través de la ventana de entrada en uno de los electrodos de la cara. Esta nueva clase de analizador se puede utilizar en una variedad de aplicaciones. Realiza sensores remotos, como medir el flujo de partículas cargadas en el espacio; por ejemplo, espectroscopia de electrones de barrido/electrones Auger para analizar objetos grandes. [3]
Los ESA generalmente se diseñan y analizan utilizando un paquete de software de simulación de óptica iónica comercial, como SimIon , que incluye la capacidad de realizar simulaciones de Monte Carlo en partículas de prueba conocidas, lo que brinda al diseñador una mejor comprensión de las características de respuesta. del propio analizador.