法拉第杯

法拉第杯(Faraday Cup)是法拉第杯是一種金屬制設計成杯狀，用來測量帶電粒子入射強度的一種真空偵測器。

法拉第杯(Faraday Cup)

簡介

法拉第杯是一種金屬制設計成杯狀，用來測量帶電粒子入射強度的一種真空偵測器。測得的電流可以用來判定入射電子或離子的數量。法拉第杯是用在電學有卓著貢獻的麥可·法拉第的姓氏來命名。

原理

Faraday杯與質譜儀的其他部分保持一定電位差以便捕獲離子，當離子經過一個或多個抑制柵極進入杯中時，將產生電流，經轉換成電壓後進行放大記錄。

法拉第杯示意圖

當離子或電子進入法拉第杯以後，會產生電流或電子流。對一個連續的帶單電荷的離子束來說：

其中，N是離子數量、t是時間(秒)、I是測得的電流(安培)、e是基本電荷(約 1.60 x 10-19 庫侖)。我們可以估算，若測得電流為 10-9 A (1 nA)，即約有六十億個離子被法拉第杯收集。
有兩種因素會造成測量的誤差，第一個是入射的帶電粒子撞擊法拉第杯表面產生低能量的二次電子而逃離；第二種是入射粒子的反向散射。因此法拉第杯只適用於加速電壓<1kV的質譜儀，因為更高的加速電壓使產生能量較大的離子流，這樣離子流轟擊入口狹縫或抑制柵極時會產生大量二次電子甚至二次離子，從而影響信號檢測。

套用

Faraday杯可以被用在許多需要偵測離子或電子的分析儀器里，如質譜儀。其優點是簡單可靠，配以合適的放大器可以檢測≈10-15A的離子流，缺點是沒有像其他帶電粒子偵測器如電子倍增管與微通道板那樣靈敏。不過法拉第杯透過電流與電荷的轉換，可獲得準確的電荷數量。它們常被搭配使用，法拉第杯用來偵測較強的訊號，電子倍增管或微通道板用來偵測微小的訊號。此外，法拉第杯也有設計成阻滯電場分析儀(Retarding field analyzer, RFA)的形式，可用來測量離子束的強度與能量分布。

參考文獻

1. Brown, K. L.; G. W. Tautfest, Faraday-Cup Monitors for High-Energy Electron Beams, Review of Scientific Instruments, 27 (9): 696–702, doi:10.1063/1.1715674