Электростатический энергоанализатор

 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к технике разделения и анализа по энергии пучков заряженных частиц. Целью изобретения является одновременное увеличениие дисперсии и разрешающей способности. Электростатический энергоанализатор содержит источник 1 заряженных частиц, их приемник 2, две параллельные разрезные пластины 3, 4, разделенные щелями в виде частей колец на симметричные участки, и экран. Вблизи кольцевых щелей частицы отражаются и далее фокусируются и разделяются по энергиям. Потенциалы на попарно симметричных участках одинаковы. Дисперсии первых трех каскадов уменьшаются на увеличение последнего каскада и поэтому могут достигать очень больших значений при высоком качестве пространственной фокусировки. 4 ил.

А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (gg)g Н 01 J 49/44

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4285567/24-21 (22) 17.07.87 (46) 15.03.90. Бюп. Р 10 (71) Институт ядерной физики

АН КазССР (72) Л.Г.Бейзина, С.П.Карецкая и В.M.Êåëüìàí (53) 621.384(088.8) (56) Фортен и Бариль. Приборы, для научных исследований, 1972, h» 8, с.73-84.

Кельман В.M. и др ° Журнал технической физики, 1982, Р 11, Т. 52, с. 2141. (54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в част ности к технике разделения и анали2 .за по энергии пучков заряженных частиц. Целью изобретения является одновременное увеличение дисперсии и разрешающей способности..Электростатический энергоанализатор содержитисточник 1 заряженных частиц, их .приемник 2, две параллельные разрезные пластины 3 и 4, разделенные щелями в виде частей колец на симметричные участки, и экран. Вблизи кольцевых щелей частицы отражаются и далее фокусируются и разделяются по энергии. Потенциалы на попарно симметричных участках одинаковы. Дисперсии первых трех каскадов уменьшаются на увеличение последнего каскада и поэтому могут достигать очень больших значений при высоком качестве пространственной фокуси ровки. 4 ил.

1550589

Изобретение относится к аналитиескому приборостроению, а более онкретно к технике разделения и нализа по энергии пучков заряжен9 ых частиц, и может быть использовано также в масс-спектрометрии для ,11остижения фокусировки по энергии.

Целью изобретения является одноременное увеличение дисперсности разрешающей способности.

На фиг. 1 представлен многокасадный энергоанализатор со щелями виде частей колец, проекция на реднюю плоскость; на фиг. 2 — то же, роекция на плоскость, перпендикуярную к средней; на фиг. 3 — мноокаскадный энергоанализатор со щеями в виде колец и частей колец, роекция на среднюю плоскость: на иг. 4 — то же, проекция на плосость, перпендикулярную к средней.

Электростатический энергоаналиатор (фиг. 1 и 2) состоит из источ)ика 1 заряженных частиц, их прием ика 2, двух параллельньг разрезных

Ф ластин 3 и 4, разделенных щелями

Ь виде частей колец со средними радиусами R — R на электроды 5-9, и экрана 10, исключающего попадание за.9 яженных частиц непосредственно из источника в приемник. Каждый из лектродов 5-9 состоит из двух оди-. аковых по форме и величине участков верхней 3 и .Нижней 4 пластин. . «Ти участки расположены симметричЙо относительно средней плоскости и .«лектрически соединены между собой.

1 отенциалы на электродах должны быть подобраны так, чтобы обеспечить требуемое отклонение пучка, прохождение фго по всем каскадам и фокусировку частиц в нужных местах. Щели образуют четыре группы, в каждой из кото-фых центры щелей лежат на общей оси„ перпендикулярной к поверхностям йластин 3 и 4. Центры щелей первой руппы лежат на оси 0, второй — 0,, третьей — 0, четвертой — 0,9.. Каждой группе щелей соответствует один каскад анализатора. Каскады раздейены свободными от поля промежутками. Ход осевой траектории 11 анали ируемого пучка показан на фиг, 1.

Электростатический э нер гоанали. атор, изображенный на фиг. 1 и 2 фаботает следующим образом.

Выходящий из источника 1 пучок заряженных частиц с определенной

?5

ЗО

55 энергией, на которую настроен анализатор, попадая в поле первого по ходу пучка каскада, отклоняется им и фокусируется между первым и вторым каскадами, образуя промежуточное изображение 12. Это иэображение совмещено с передним главным фокусом второго каскада, который формирует поэтому параллельный пучок в промежутке между вторым и третьчм каскадами. Третий каскад собирает пучок в заднем главном фокусе 13, а четвертый каскад фокусирует его в плоскости щели приемника 2. Частицы других энергий отклоняются иначе и в щель приемника не попадают. Изменяя энергию настройки анализатора, можно снять энергетический спектр. Чтобы дисперсия по энергии накапливалась от каскада к каскаду, должно выполняться следующее правило: в том случае, когда пучок между двумя соседними каскадами параллелен, они должны отклонять его в одну и ту же сторону, если пучок собирается в промежуточный фокус — в разные. Линейная дисперсия по энергии анализатора, показанного на фиг. 1 и 2, определяется равенством 0 = (09 + 2D >) m < +

+ D49 где D и Б,9. — линейные дисперсии по энергии первого и четвертого каскадов; 2D g — суммарная дисперсия идечтичных второго и третьего каскадов„ m < — линейное увеличение четвертого каскада. Линейные увеличения первого m,и четвертого т касl 4 кадов связаны равенством m = 1/m, поэтому линейное увеличение всего прибора — 1. Значения О,, В9, 04, шФ могут быть вычислены по формулам для аберрационных коэффициентов.

Расчеты, выполненные на БЭСМ-6, показали„ что в рассматриваемой системе с К ц = 5,00 d.," Kz = 6,36 d; R> =

10,00 d; 8.4 = 1 1, 29 d при Отклонении 6севой траектории пучка в каждом из каскадов на 90 и достижении фокуа сировки второго порядка по углу расходимости -пучка D, = 18,4 d; 20э

= 37,6 й„ Э4 = 41„1 d; m 4 = 2,23.

Следовательно, D - =166,0 d; d — - расстояние между электродными пластинами. В то время, как в прототипе дисперсии отдельных каскадов просто складываются, в предлагаемом устройстве дисперсии первых трех каскадов еще множатся на увеличение последнего каскада, а поэтому дисперсия анализатора D достигает счень боль5 1550 ших значений. Это обстоятельство, а также тот факт, что сферическая аберрация второго порядка скомпенсирована, позволяет создать прибор с

5 очень высокой разрешающей способностью, Многокаскадный электростатический энергоанализатор, изображений на фиг. 3 и 4, также состоит из источника 1, приемника 2 и двух электродных пластин 3 и 4, разделенных кольцевьвж щелями с радиусами R è R и щелями в виде частей колец с радиусами R> на электроды 5-8. Центры щелей лежат на осях С< -О . Осевая траектория пучка заряженных частиц обозначена на фиг. 3 позицией 11.

Энергоанализатор, показанный на фиг. 3 и 4, работает подобно описанному. Вышедший из источника пучок заряженных частиц четыре раза входит в поле электродов 5-7, отражается и выходит из негб (четыре каскада) и три раза отражается в поле электродов 5 и 8 (еще три каскада), после чего попадает в приемник. Дисперсия всех семи .каскадов суммируется D = 4 0„+ 3 D, где D< — линейная дисперсия каскадов, связанных с полем электродов 5-7, à D — каскадов с электродами 5 и 8. При Q=

= 5,00 d; R< = 6,34 с1; Rg = 19,96 d и отклонении осевой траектории в поле электродов 5-7 на угол 90,0 поле электродов 5 и 8 164,4 D

= 22 9 d; Dg = 26 8 d; D = 172 d.

Преимуществом многокаскадного анаР

589 6 лизатора (фиг. 3 и 4) является его исключительная компактность.

Предлагаемое выполнение многокаскадных энергоанализаторов позволяет повысить их дисперсию по энергии, а следовательно, и разрешающую способность. В энергоанализаторе, изображенном на фиг. 1 и 2, при Fa- баритных размерах 560 х 230 х 10 мм

D = 1660 мм, в анализаторе, изображенном на фиг, 3 и 4, D = 1720 мм достигается при габаритных размерах

300 х 280 х 10 мм . Поскольку в предлагаемом устройстве источник вынесен за пределы электродной системы на достаточное расстояние, на его размеры и конструкцию не налагается никаких ограничений, Формула изобретения

Электростатический энергоанализатор, содержащий источник, прием-. ник заряженных частиц и электродную систему из двух плсскосимметричных параллельных одна к другой разрезных пластин сс щелями, причем симметричные участки в каждой из разрезных пластин попарно электрически соецинены и изолированы от других y""iàñòков, о т л и ч а ю щ и и " я тем, что, с целью одновременного увеличения дисперсии и разрешающей способности, в каждой из двух разрезных пластин щели выполнены в форме колец или частей колец, причем по крайней мере часть щелей выполнены концентрическими.

1550589

Составитель К.Меньшиков

Редактор Т.Парфенова Техред М.Ходанич < Корректор С,Шекмар

Тираж 395

Закаэ 277

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета rto изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101