跳到主要内容
Sandbox Physics

E14 · 样品环境

环境 SEM：保水与中和充电

平衡水汽、温度、气体倍增和充电中和，读取同一样品生成的信号。

交互模型环境 SEM：保水与中和充电
样品处相对湿度—\text{—}
指定保水比例—\text{—}
指定凝结层厚度—\text{—}
未散射探针比例—\text{—}
指定气体倍增—\text{—}
样品负电势—\text{—}
沉积负电荷大小—\text{—}
离子中和电荷—\text{—}
泄漏电荷大小—\text{—}
储存负电荷大小—\text{—}
一帧曝光时长—\text{—}
所选格期望收集电子数—\text{—}
实验目标—\text{—}

物理教程

环境 SEM：保水与中和充电

背景平衡水汽、温度、气体倍增和充电中和，读取同一样品生成的信号。

为什么值得理解气体能否保住绝缘含水样品，又不模糊探针？

先抓重点

核心问题
气体能否保住绝缘含水样品，又不模糊探针？
一句话直觉
信号更多不等于样品保留得更好。

核心数学模型

气体路径

ng=pkBTgf0=exp⁡(−ngσL)\begin{aligned}n_g&=\frac{p}{k_B T_g}\\f_0&=\exp(-n_g\sigma L)\end{aligned}

理想气体数密度与独立碰撞决定未散射比例。截面为指定参数，不是拟合气体表。

电荷账本

Cdudt=I−−Iion−guIion=min⁡(Imax⁡,giu)\begin{aligned}C\frac{du}{dt}&=I_- - I_{\rm ion}-g u\\I_{\rm ion}&=\min(I_{\max},g_i u)\end{aligned}

电势为负，方程追踪非负大小。离子电流不超过指定可用离子生成量。

在平衡附近保水

r=fwppsat(Ts)H=exp⁡ ⁣[−tτhmax⁡(0,1−r)]\begin{aligned}r&=\frac{f_w p}{p_{\rm sat}(T_s)}\\H&=\exp\!\left[-\frac{t}{\tau_h}\max(0,1-r)\right]\end{aligned}

湿度为物理饱和比；保水使用指定十秒弛豫，非蒸发速率预测。

常见难点

模型边界

容易误解通过任务就是标定后的仪器配方。

正确理解教学期望值，非实测图像或仪器设置。水汽饱和采用 Murphy–Koop；散射截面、气体增益、中和反馈与保水动力学均为指定参数。周期样品与高斯束裙；不含放电、标定输运、热流、真实流体动力学或定量样品化学。硬件与表面起伏分别放大。

动手实验

  1. 01

    预测取舍

    从真空开始，查看负电荷和电荷账本。

    应该观察到： 没有气体束裙不等于样品稳定。
  2. 02

    平衡环境

    尝试平衡预设，再升温或用氮气替代水汽。

    应该观察到： 气体可中和充电，样品却仍然失水。
  3. 03

    保住探针

    延长气体路径，观察装置下方散射分量。

    应该观察到： 探测器倍增不能恢复已散射的探针。
  4. 04

    核对目标

    同时调整湿度、保水、凝结、透射与电势。

    应该观察到： 显示增益仅改变颜色。