Тороидальный электростатический энергоанализатор заряженных частиц
Изобретение относится к технике электростатического анализа заряженных частиц по энергиям. Изобретение может быть использовано для измерения энергетических спектров бета-частиц и электронов конверсии, испускаемых при радиоактивном распаде ядер, для измерения спектров рентгеновских, фотои ОЖС-электронов, а также заряженных частиц в космическом пространстве. Целью изобретения является одновременное увеличение разрешающей способности и дисперсии энергоанализатора . Энергоанализатор содержит два электрода 1 и 2тороидальной формы, соединенных с источниками 3 и 4 напряжения, источник 5 заряженных частиц и приемник 6 заряженных частиц. Благодаря тому, что угол, образуемый электродами анализатора в радиальной плоскости, весьма велик и лежит в интервале 180-360°, можно улучшить одновременно как фокусирующие, так и дисперсионные свойства поля. 2 ил. На фиг.1, 2 схематически изображен а радиальной и аксиальной проекциях один из вариантов предлагаемого энергоанализатора . Энергоанализатор содержит два электрода 1 и 2 тороидальной формы, соединенных с источниками 3 и 4 напряжения противоположной полярности, источник 5 и приемник 6 заряженных частиц Электроды 1, 2, источник 5 и приемник 6 анализатора расположены в вакууме. На фигурах представлен симметричный вариант энергоакализатора (Li 2 L, где Li и La - расстояния от дефлектора анасл с о 4 vi vj
СО103 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (22) 4476530/21 (22) 24.08.88 (46) 07.05.91. Бюл. 3Ф 17 (71) Объединенный институт ядерных исследований (72) Н.И.Тарантин (53) 621.384 (56) Дмитрук М.И., Малов А.Ф., Панин Б.В. и др. Масс-сепарационная установка со скрещенными магнитным и электрическим полями для получения чистых малораспространенных изотопов тяжелых элементов,— В кн.: Физическая электроника, М,: Атомиздат, 1965, с. 47-70. Тарантин Н.И, Аналитическое рассмотрение и расчет электростатических устройств путем решения обратной задачи.— Препринт ОИЯИ Р9 — 88 — 149. Дубна, 1988, Афанасьев В.П., Явор С.Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц. M.: Наука, 1978, с. 124 — 143; Изобретение относится к технике электростатического анализа заряженных частиц по их энергии и может быть применено для прецизионного измерения энергетических спектров бета-частиц и электронов конверсии, испускаемых при радиоактивном распаде ядер, для измерения спектров рентгеновских, фото- и оже-электронов в исследованиях структуры вещества, для измерения спектров мягких заряженных частиц в космическом пространстве. Целью изобретения является одновре- ° менное увеличение разрешающей способности и дисперсии энергоанализатора.. ЯЛ„„1б47700 А1 (54) ТОРОИДАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к технике электростатического анализа заряженных частиц по энергиям. Изобретение может быть использовано для измерения энергетических спектров бета-частиц и электронов конверсии, испускаемых при радиоактивном распаде ядер, для измерения спектров рентгеновских, фото- и ОЖС-электронов, а также заряженных частиц в космическом пространстве. Целью изобретения является одновременное увеличение разрешающей способности и дисперсии энергоанализатора. Энергоанализатор содержит два электрода 1 и 2тороидальной формы, соединенных с источниками 3 и 4 напряжения, источник 5 заряженных частиц и приемник 6 заряженных частиц. Благодаря тому, что угол, образуемый электродами анализатора в радиальной плоскости, весьма велик и лежит в интервале 180-3600, можно улучшить одновременно как фокусирующие, так и дисперсионные свойства поля. 2 ил. На фиг.1, 2 схематически изображен в радиальной и аксиальной проекциях один из вариантов предлагаемого энергоанализатора. Энергоанализатор содержит два злектрода 1 и 2 тороидальной формы, соединенных с источниками 3 и 4 напряжения противоположной полярности, источник 5 и приемник 6 заряженных частиц, Электроды 1, 2, источник 5 и приемник 6 анализатора расположены в вакууме. На фигурах представлен симметричный вариант энергоаналиэатора (L> =- L2 = l, где L1 и L2 расстояния от дефлектора ана1647700 10 лизатора соответственно до источника и приемника заряженных частиц), характеризующийся следующими отличительными параметрами: угловая протяженность электродов анализатора, определяющая угол искривления его оптической оси, составляет Ф" 300О, а значения радиусов кривизны электродов анализатора в аксиальном сечении удовлетворяет соотношению где и — радиус аксиальной кривизны электрода; е1 и ez — долевые коэффициенты линейной и квадратичной составляющих поля электростатического дефлектора в разложении Е, (rt pi 0) = Е„(Х + 11 р + е2 р +... ), P =(« г) 1 г, (г) определяемые известным образом из условий осуществления заданных радиального и аксиального преобразований при заданной угловой протяженности электродов и условия исключения. радиально-радиальной квадратичной аберрации; 0 — расстояние от оптической оси энергоаналиэатора до электрода, взятое со знаком плюс или минус в зависимости от направления отрезка d no или против радиус-вектора. Положительное значение радиуса аксиальной кривизны означает. что ее центр и . центр кривизны оптической оси анализатора лежат по одну и ту же сторону от электрода Радиусы аксиальной кривизны электродов, определяемые формулой(1), равны 82 t- 0,559 Яг1 ДЛЮ ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКтРОДа И Rn 0,582 йадля внешнего при б1 -2йги d2-+0,2йг, где Rgt u Rgg — радиусы радиальной кривизны внутреннего и внешнего электродов (см. фиг.). Входящий в формулу(1) коэффициент е1 определен исходя из известного условия, например (1), для осуществления преобразования типа "точка в точку" (г -Т) в радиальной плоскости (условие преобразования tg (Р Ф/2) =R /Ð1, где P- 3+el и преобразования типа "тачка в параллели" (1-П) в эксиальном сечении с двумя промежуточными фокусами при Ф = 300 (условие преобразования tg (ЧФ и П) Ri/q -,гдеq < (" +Iï,), n — число промежуточных аксиальных фокусов, Параметры и основные характеристики тороидальных электростатических энергоанализаторов приведены в таблице Входящий в формулу (1) коэффициент ег определен исходя из известного условия обращения в нуль коэффициента радиально-радиальной угловой квадратичной аберрации: Y аа = 0 (см. таблицу). Найденные в итоге значения радиусов аксиальной кри° визны внутреннего Rz1 и внешнего Rzz электродов анализаторов также приведены в таблице. Особенностью рассмотренного энергоаналиэатора является отношение радиусов аксиальной и радиальной кривизны электродов анализатора меньше единицы, в отличие, например, от сферического и цилиндрического энергоанализаторов, для которых это отношение равно точно единице и бесконечности соответственно. В таблице приведены значения коэффициентов дисперсии (Yg= 2 L tg (P Ф/2 ) и удельной относительной дисперсии (Y> = -1). Иэ таблицы видно, что представленный на рисунке энергоанализатор с Ф = 300О обеспечивает в 4,8 раза большую дисперсию и в 2,1 раза большую удельную относительную дисперсию, характеризующую реальные возможности реализации дисперсии анализатора в его разрешающей способности, чем известный сферический анализатор, также представленный в таблице для сравнения, В таблице отражено исключение в предложенных вариантах энергоанализатора путем задания аксиальной кривизны электродов радиально-радиальной угловой 45 квадратичной аберрации Уаа ЛСР, присущей цилиндрическому и сферическому анализаторам, Аксиально-радиальная1 квадратичная угловая аберрация YP®P а также смешанная угловая аберрация второго порядкаУАфЛа Лф исключаются известным образом путем применения искривленной по изображению приемной щели заряженных частиц при аксиальном преобразовании Т-П или скругленных тор55 цов электродов дефлектора при аксиальном преобразовании типа Т-Т. Энергоаналиэатор обеспечивает аксиальную фокусировку пучка заряженных частиц более сильную, чем анализатор 1647700 сферический. Для варианта с Ф= 300 аксиальный угловой аксептанс анализатора составляет AP = 355 мрад = 20,2 при рабочей высоте электродов, Равной + 0,2 Йг. Ч = — Vo (бМ, +е (4/Н, lг), Л J 10 где Vo - Е йг — условный потенциал сферы радиуса.Rr, вызывающий поле Ео на ее поверхности. Фиа.2 Составитель К.Меньшиков Редактор Г.Наджарян Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк Заказ 1650 Тираж 318 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Потенциалы электродов анализатора определяются известным образом по формуле Формула изобретения Тороидальный электростатический энергоанализатор заряженных частиц, содержащий два электрода тороидальной формы, соединенные с источниками напряжения разной полярности, источник и приемник заряженныхчастиц, отл ич ею щийс ятем, что, с целью одновременного увеличения дисперсии и разрешающей способности, электроды выполнены с угловым размером в пределах 1803600 в плоскости, перпендикулярной оси тора, а отношение радиусов аксиальной и радиальной кривизны электродов меньшее единицы.
