Устройство для поворота пучка заряженных частиц

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВОРОТА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, включающее бездисперсный участок из отклоняющих фокусирующих элементов, отличающееся тем, что, с целью уменьшения дисперсии устройства, возникающей из-за погрешностей изготовления и аберраций элементов бездисперсного участка, устройство выполнено в виде h ( последовательно расположенных бездисперсных участков с углом поворота где if - заданный угол отклонения, пучка, причем каждый участок обладает устойчивой матрицей преобразования вектора поперечных координат и импульсов на каждом участке.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

М PETEH Й И ОТНРЫПФ (21) 3408835/18-25 (22) 19.03.82 (46) 15.01 ° 86. Бюл. У 2. (72) Н.Л. Сосенский и В.А. Обозный (53) 539.1.06(088.8) (56) Котов В.И., Миллер В.В. Фокусировка и разделение по массам частиц высоких энергий. — М.: Атомиздат, 1969, с. 30-45.

Штеффен К. Оптика пучков высокой энергии.-M.: Мир, 1969, с. 128. (54)(57) УСТРОЙСТВО ЦЛЯ ПОВОРОТА

ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, включающее бездисперсный участок из отклоняющих

„„SU„„1072654 А 11 4 G 21 К 1/08 фокусирующих элементов, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения дисперсии устройства, возникающей из-за погрешностей изготовления и аберраций элементов бездисперсного участка, устройство выполнено в виде h (11>1) последовательно расположенных бездисперсных участков с углом поворота /n, где — заданный угол отклонения, пучка, причем каждый участок обладает устойчивой матрицей преобразования вектора поперечных координат и импульсов на каждом участке.

1072657

i(ak

/a,/= р —— х д1

iv„l = де--,—, Изобретение отво :ится к области технической физики, н частности к си< темам транспортировки и управления пучками заряженных частиц.

Иэнестпы отклоняющие системы, которые применяются для поворота пучков частиц высоких энергий с разбросом частиц по импульсу. Каждая из подобных. систем представляет собой комбинацию из отклоняющих либо отклоняющих и фокусирующих ионно-оптических элементов.

Если отклоняющие и фокусирующие элементы выполнены без погрешностей и аберраций, то отклоняющая система будет характеризоваться отсутствием дисперсии, Такие системы носят название бездисперсных. Однако любая бездисперсная система, состоящая из реальных элементов, дает конечную величину дисперсии, определяемую погрешностями ныполнения ионно-оптических элементов, погрешностями их установки и аберрациями элементов ° Величины этих дисперсий (при заданных значениях погрешностей и аберраций) растут с ростом угла поворота пучка.

Наиболее близким к изобретению техническим решением янляется устройство для поворота пучка заряженных частиц, включающее безцисперсный участок из отклоняющих и фокусирующих элементов. Это устройство представляет собой комбинацию из двух идентичных отклоняюш х секторных магнитов с углом поворота сЕ/ и радиусом кривизны оптической оси

1 между которыми на ранном расстоянии Е от каждого из магнитов расположена квадрупольная линза длиной Е с фокусным расстоянием f которая фокусирует частицы н плоскости поворота. Любое отклонение параметров отклоняющего участка от номинальных значений ведет к появлению дисперсии. Так, например, отклонение фокусного расстояния й1 от номинального значения 1 дает следующие величины линейной Э„ и угловой Э„ дисперсии;

11 где ц - — — полныч угол отклонения.

Эти выражения получены при услоео Р вин — и- — «1 е К

Таким образом, основным недостатком рассматриваемой бездисперсной системы при использонании ее для понорота пучков с большим разьР бросом частиц по импульсу — > О <

1 является присущая системе значительная дисперсия, которая растет с ростом угла поворота сЕ, Цель изобретения — уменьшение дисперсии устройства, возникающей иэза погрешностей изготовления и аберраций элементов бездисперсного участка.

Указанная цель достигается тем, что устройство для поворота пучка заряженных частиц, включающее бездисперсный участок из отклоняющих и фокусирующих элементов, выполнено н виде и (в>1) последовательно расположенных бездисперсных участков с

Ч углом поворота - вЂ, где сŠ— задани ный угол отклонения пучка, причем каждый участок обладает устойчивой матрицей преобразования вектора поперечных координат и импульсов на каждом участке, На фиг. 1 показан бездисперсный участок, отклоняющий пучок на угол у; на фиг. 2 — предложенное устройство, состоящее из двух бездисперсных участков и отклоняющее пучок иа угол сЕ .

Пучок заряженных частиц проходит через отклоняющие секторные магниты

1 и фокусируется квадрупольной линзой или системой квадрупольных линз 2.

Любая комбинация линейных и ионно-.

-оптических элементов однозначно описывается матрицей преобразования, которая определяет поперечные координаты и импульсы частицы на выходе комбинации по заданным координатам и импульсам на входе комбинации. Устойчивой называется матрица, диагональные элементы которой удовлетворяют определенным отношениям (физический смысл требования устойчивости матрицы преобразования всех составных частей ионно-оптической системы состоит н том, что этим требованием обеспечиваются условия, при которых поперечные размеры пучка, проходящего через систему, остаются ограниченными).

Поскольку элементы матрицы преобразования определяются параметрами

1072б54 ионно-оптических элементов и их взаимным расположением, то требование устойчивости матрицы преобразования эквивалентно требованию выполнения определенных соотношений между параметрами ионно-оптических элементов и величинами, определяющими их взаимное расположение, При этом структура участка (т.е. тип ионно-оптических элементов, из которых состоит участок, и их коли- чество) не является строго обусловленной; она выбирается в соответствии с параметрами пучка (энергия частиц пучка, эмиттанс пучка) и целями решаемой конкретной технической задачи.

Пусть матрица преобразования четырехмерного вектора координат x,R

l и импульсов х, Е устойчива и не содержит членов, приводящих к связи между движением частиц в направлениях Х и К . Тогда линейная и угловая дисперсии устройства, состоящего из бездисперсных идентичных участков и отклоняющего пучок на угол q, определяется следующими выражениями (для случая, когда линейная 4„ и угловая d дисперсии отдельных участков определяются систематическими погрешностями и аберрациями ионнооптических элементов): !

Я,) бм— где p „, oL„, P „, g „- параметры, определяющие фокусирующие свойства одного участка в направлении Х.

Для случая, когда d„ и с) являются результатом случайных некоррелированных от участка к участку погрешностей параметров ионно-оптических элементов, линейная и угловая дисперсии устройства имеют следующии вид:

2 02

cQ > х где су — угол поворота пучка отдельного бездисперсного участка.

Аналогичные выражения можно пплучить для направления Е . Для малых

10 углов поворота одного участка линейная 4» и угловая xi дисперсии участка имеют вид к о> х

В силу этого обстоятельства линейная и угловая дисперсии предложенного устройства при наличии систематических погрешностей (0„) и (>< ) уменьшаются обратно пропорционально п -числу бездисперсных участков. При наличии случайных погрешностей линейная и угловая дисперсии устройства уменьшаются обратно пропорционально Wn, 25

Физическая причина уменьшения дисперсии в данном устройстве, состоящем из И бездисперсных участков, состоит в том, что дисперсия всего такого устройства приблизительно пропорциональна дисперсии одного без, дисперсного участка. А дисперсия одного участка уменьшается с уменьшением угла отклонения пучка этим участком. Поэтому дисперсию всего

35 устройства можно сделать как угодно малой, увеличивая количество бездисперсных участков.

Применение изобретения позволит

- создать иок11о-оптические системы, 40 отклоняющие пучки заряженных элементарных частиц с большим разбросом по импульсу на большие углы с точностью, недостижимой с помощью известных бездисперсных отклоняю45 щих систем, Это устройство можно также использовать для отклонения на большой угол частиц с импульсом, существенно меняющимся во времени.

1072654

Составитель

Редактор С.Титова Техред З.Палий Корректор Л. Патай

Заказ 8557/6 Тираж 407 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35„ Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4