Analysis of Gas Flow in a Secondary Electron Scintillation Detector for ESEM with a New System of Pressure Limiting Apertures

Análisis del flujo de gas en un detector de centelleo de electrones secundario para ESEM con un nuevo sistema de aperturas limitadoras de presión

Los microscopios electrónicos de barrido ambiental ofrecen amplias posibilidades para la exploración de diversos tipos de especímenes, especialmente especímenes no conductores y húmedos que contienen diferentes fases materiales. En este artículo se analizan los resultados de las simulaciones de bombeo de gas para el novedoso diseño de aperturas limitadoras de presión en un detector de centelleo electrónico secundario con el uso de los sistemas SolidWorks y Ansys.

1. Introducción

El detector de centelleo de electrones secundarios (SEs) para el microscopio electrónico de barrido ambiental (ESEM) está diseñado para la detección de alta eficiencia de electrones secundarios a presiones que van de 0,01 a 1000 Pa en la cámara de muestras. En el detector cuya sección transversal se ve en la Fig. 1 con una distribución de presión de gas estática calculada, el centelleador se coloca en una cámara de bombeo individual, separada de la cámara de muestras del microscopio por dos aberturas limitadoras de presión A1 y A2. Las aperturas limitan el flujo de gas a través del detector y, junto con un eficiente bombeo de vacío, ayudan a alcanzar una presión de 5 Pa, como máximo, en la cámara del centelleador a una presión de vapor de agua de hasta 1000 Pa en la cámara de muestras del microscopio. Como el voltaje en el centelleador puede alcanzar hasta 10 kV, un valor de presión de 5 Pa es el máximo para prevenir descargas eléctricas en el ambiente gaseoso alrededor del centelleador [1]. Los voltajes en las aberturas (del orden de cientos de voltios) crean un campo electrostático que permite que las SEs detectadas pasen hasta el centelleador. Los voltajes en las aperturas (del orden de cientos de voltios) crean un campo electrostático que ayuda a la SE detectada a pasar hasta el centelleador. El tamaño de los agujeros en las aperturas, la distancia y la forma del espacio entre las aperturas, así como la velocidad de bombeo de las bombas de vacío usadas, afectan distintivamente al carácter del flujo de gas y a la disminución de la presión alcanzable en el detector [2]. El presente trabajo se ocupa del análisis del flujo de gas en el detector, en el que las aberturas A1 y A2, cada una con un orificio central de 0,6 mm de diámetro, se sustituyen por aberturas que contienen un sistema de orificios distribuidos uniformemente de 0,1 mm de diámetro. La sección transversal del flujo efectivo de estas aberturas permanece aproximadamente igual.  La bomba rotativa, con un flujo volumétrico de 0,001 m3/s se utilizó para bombear el espacio entre las aberturas de los detectores A1 y A2, y la bomba turbomolecular con un flujo volumétrico de 0,01 m3/s se utilizó para bombear la cámara de centelleo [3].