Электростатический цилиндрический дефлектор заряженных частиц

 

Изобретение может быть использовано в ускорителях, анализаторах. Электростатический цилиндрический дефлектор заряженных частиц имеет помещенные в вакуумную камеру внешний цилиндрический электрод (ЦЭ) 1, имеющий меньшую угловую протяженность в радиальном сечении, чем внутренний ЦЭ 2, и плоские параллельные электроды (ППЭ) 3 и 4 в форме квад

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5Н 4 H 01 J 49/46

0осЫИМИ

I! ÁÐËÈ- ii.!4×,ihÈ

Б Б.::: (GTEã,А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4039009/24-21 (22) 01.01.86 (46) 07.12.88. Бюл. В 45 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Н.И.Тарантин (53) 612.384.6(088.8) (56) Афанасьев В.П. и др. Электростатические анализаторы для пучков заряженных частиц. — М.: Наука, 1978, с. 124-143, 171-180. .Там же, с. 78-96.

„„SU„„1443052 A1 (54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ ДЕФЛЕКТОР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (5?) Изобретение может быть использовано в ускорителях, анализаторах.

Электростатический цилиндрический дефлектор заряженных частиц имеет помещенные в вакуумную камеру внешний цилиндрический электрод (ЦЭ) 1, имеющий меньшую угловую протяженность в радиальном сечении, чем внутренний ЦЭ 2, и плоские параллельные электроды (ППЭ) 3 и 4 в форме квад1443052

Изобретение относится к технике электростатического отклонения и анализа заряженных частиц и может быть использовано в ускорителях, анализаторах и других устройствах, в которых применяется пучок заряженных частиц.

Целью изобретения является увеличение углового аксептанса за счет максимальной фокусировки заряженных частиц в электростатическом цилиндрическом дефлекторе путем создания дополнительных фокусирующих полей на входе и выходе дефлектора.

На фиг. 1 и 2 показаны две прямоугольные проекции электростатического дефлектора и краевые траектории пучка заряженных частиц; на фиг. 3 — ход силовых линий электрического поля в сечении А-А.

Электрический дефлектор содержит внешний 1 и внутренний 2 электроды цилиндрической формы, причем Ф„ ф, плоские электроды 3 и 4 (на фиг. шестнадцать плоских электродов), установленные в радиальных сечениях Z = Z, Е = Z> вдоль линий ВС и DE, причем, br < b R источник 5 и коллектор 6 заряженных частиц. Все эти элементы размещены в камере (не показана), откачанной до низкого давления. Цилиндрические и плоские электроды соединены с источником 7 постоянного электрического напряжения через делитель 8 из резисторов.

dV = -E 1К/8, где в рассматриваемом случае алгебраическое значение Е о 7 О + (отклонение частиц с отрицательным зарядом, например, электронов). с

Относительные значения потенциалов

; цилиндрических и плоских электродов дефлектора приведены на фиг. 3.

Аксиальное фокусирующее действие предлагаемого дефлектора определяется следующим. Из уравнения Максвелла

div Е = О, выполняющегося в межэлектродном промежутке дефлектора, не со15 держащем электрических зарядов (суммарным зарядом отклоняемых частиц можно пренебречь по сравнению с зарядами электродов дефлектора, соз— дающими поле Е), и из уравнения Мак20 свелла rot E = О, справедливом при отсутствии изменяющегося во времени магнитного поля, следует, что при значениях потенциалов дополнительных электродов 3 и 4, определяемых по

25 формуле (1), радиальный поток вектора напряженности электрического поля преобразуется в аксиальный в зоне расположения дополнительного электрода. Ход силовых линий электрическо30 го поля показан на боковой проекции дефлектора в сечении А-А.

Интегральное действие аксиальной составляющей электрического поля на заряженную частицу эквивалентно дей-. ствию тонкой линзы, описываемому известной формулой тонкой линзы 3 /a > +

+ 3 / а = 1/F, с фокусным расстоянием F = R crg Е. Здесь а > и а — расстояния от тонкой линзы до объекта

40 и изображения, Š— угол наклона эффективной границы электрического поля, совпадающей с линией ВС илн DE. рата. Все электроды соединены с источником постоянного электрического напряжения через делитель так, что выполняется соотношение (bz)

= 8 r ((Чс — V)/Е о), где V — потенциал ППЗ, В, V — потенциал электрического цилиндрического поля (ЭЦЛ) в месте расположения ППЭ, В; Š—

Согласно приведенного в формуле изобретения расчетного соотношения при dr w bR/4 и bZ = Z g- c„= dR/2 добавочная разность потенциалов bV =

= V — V, подаваемая на каждый из плоских электродов 3 и 4, равна алгебраическое значение напряженности ЭЦП на оптической оси дефлектора, В/м; з Z — расстояние между радиальными сечениями, м; 4 r — радиальный размер каждого из ППЭ. Происходит увеличение углового аксептанса электростатического цилиндрического дефлектора. 3 ил.

1443052

Электроды 1 и 2 неравной угловой протяженности в.радиальном направлении и эквипотенциальные диафрагмы, установленные по линиям ВС и DE, не обеспечивают формирование наклонных границ электрического поля дефлектора с аксиальной составляющей и не ведут к аксиальной фокусировке частиц.

В этом можно убедиться, исходя из 10 уравнения Максвелла div Е = g, примененного к любому из двух основных ,электродов дефлектора.

На фиг. 1 представлена схема преобразования пучка электронов, 15 испускаемых точечным источником 5.

Электростатический дефлектор обеспечивает преобразование пучка типа, "точка в точку одновременно в радиальном и аксиальном сечениях дефлектора при следующих частных значениях его параметров: угол отклонения оптической оси Ф = 77,41, углы наклона входной ВС и выходной DE эффективо ных границ E = Я q = 45, расстояние 25 от входной и выходной границ соответственно до источника 5 и до стигма,тического фокуса L > = Ь = Ro. Эти значения следуют из общих условий преобразования пучка траекторий типа

"тОчка в точку в радиальном и аксиальном сечениях для симметричного варианта цилиндрического дефлектора

L, = Lg = L, ЕЛ= Е2= Е, L = К.С КЯ, tg(i/2%/2) = (tg Е+ R,/L)/К2 . 35

Основные характеристики дефлектора при этом равны следующему: коэффициенты преобразований линейных и угловых размеров начального эмиттанса пучка в радиальном и аксиальном сечениях Yó= 1, А = — 1, Z = — 1, 1, аксиальный угловой аксептанс й,= Ь /L = 0,1 рад = 5 7 вместо

Я,= ь Z /(L + L < + К,Ф) 0,1 рад45 для обычного цилиндрического дефлектора, где Ь Z c — аксиальный размер коллектора частиц, коэффициент диспергирования заряженных частиц в зависимости от относительного значе- 50 ния.их электрической жесткости

Y d = 2L1tg(1/24/2) /(1Г2) = 1,13 Ro вместо Y d = 1,00 R для обычного цилиндрического дефлектора.

Формула изобретения

Электростатический цилиндрический дефлектор заряженных частиц, содержащий помещенные в вакуумную камеру два электрода цилиндрической формы, подключенные к источнику постоянного электрического напряжения, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения углового аксептанса дефлектора, внешний цилиндрический электрод имеет меньшую угловую протяженность в радиальном сечении, чем внутренний, в двух радиальных сечениях дефлектора вдоль прямых, соединяющих края электродов, установлены пары параллельных плоских дополнительных электродов в форме квадрата, соединенных с источником постоянного электрического напряжения через делитель так, что выполняется соотношение

Uc — U (ЛЕ) = ВЬЮ (— — — -), Еа потенциал плоского электрода, Б, потенциал электрического цилиндрического поля в месте расположения плоского электрода, Б; алгебраическое значение напряженности электрического цилиндрического поля на оптической оси дефлектора, В/м; расстояние между радиальньг ми сечениями, м; радиальный размер каждого из плоских электродов. где V

Ео

ЬЕ

Ьг

Технические преимущества предлагаемого дефлектора по сравнению с известным цилиндрическим дефлектором выражаются в существенно более высоком угловом аксептансе, особенно существенном для пучков расходящихся частиц, и в дополнительном увеличении коэффициента диспергирования в результате введения наклонной выходной границы. Увеличение углового аксептанса ведет к увеличению чувствительности дефлектора и к расширению его возможностЕй.

1443052

Фм,2

Составитель К.Меньшиков

Техред А. Кравчук Корректор Л.Патай

Редактор А.Шандор

Тираж 746

Подпи ное

Заказ 6389/48

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4.