Сверхвысокочастотная мультипольная линза

Изобретение относится к элементам фокусирующих систем электронно-лучевых и СВЧ-приборов с поперечно-продольным взаимодействием и может быть использовано также в ускорительной технике и электронной микроскопии. Техническим результатом является возможность осуществления одновременной фокусировки и длительного взаимодействия пучка с поперечно-продольным электромагнитным полем и непрерывным отбором энергии, что позволяет работать с широкими пучками заряженных частиц. Технический результат достигается тем, что сверхвысокочастотная мультипольная линза содержит резонаторную систему, включающую, по меньшей мере, четыре электрода, соединенные последовательно через один и расположенные симметрично по окружности коаксиально проходящему внутри потоку заряженных частиц. Электроды резонаторной системы выполнены в виде резонансных отрезков круглых металлических стержней с, по меньшей мере, шестью симметрично расположенными продольными канавками, ширина которых равна их глубине и равна четверти замедленной длины волны. 2 ил.

 

Изобретение относится к элементам фокусирующих систем электронно-лучевых и СВЧ приборов с поперечно-протяженным взаимодействием и может быть использовано также в ускорительной технике и электронной микроскопии.

Известны иммерсионные и одиночные электростатические линзы, состоящие из двух или трех цилиндрических электродов с различными значениями постоянного потенциала, внутри которых проходит электронный поток [Жигарев А.А. Электронно-лучевые приборы. М.-Л.: Энергия, 1965]. При анализе таких структур не учитываются фазовые условия и время пролета электронов через линзу, поскольку оно много меньше периода возбуждаемых колебаний.

Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению являются квадрупольные и мультипольные электростатические линзы, содержащие кольцевую систему идентичных электродов с гиперболическими поверхностями, на которые подаются постоянные и чередующиеся по значению положительные и отрицательные потенциалы [Силадьи М. Электронная и ионная оптика. М.: Мир, 1990]. Однако такие линзы используются лишь для фокусировки или ускорения пучков заряженных частиц, а также для коррекции аберраций.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание СВЧ мультипольной линзы, обеспечивающей возможность одновременной фокусировки и длительного взаимодействия пучка заряженных частиц с поперечно-протяженным электромагнитным полем и непрерывным отбором энергии.

Решение технической задачи достигается тем, что в сверхвысокочастотной мультипольной линзе, содержащей резонаторную систему, включающую, по меньшей мере, четыре электрода, соединенных последовательно через один и расположенных симметрично по окружности коаксиально проходящему внутри потоку заряженных частиц, согласно предлагаемому изобретению электроды резонаторной системы выполнены в виде резонансных отрезков круглых металлических стержней с, по меньшей мере, шестью симметрично расположенными продольными канавками, ширина которых равна их глубине и равна четверти замедленной длины волны.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении всей совокупности заявляемых существенных признаков, является создание длительного взаимодействия пучка заряженных частиц с поперечно-протяженным электромагнитным полем, что позволяет обеспечить одновременно фокусировку и непрерывный отбор энергии.

Предлагаемая сверхвысокочастотная мультипольная линза иллюстрируется чертежами, где

на фиг.1 представлена изометрия линзы-октуполя, состоящей из восьми электродов;

на фиг.2 представлено сечение упомянутой линзы и показано также статическое распределение потенциала в такой линзе при подаче на ее электроды постоянных напряжений ±V, рассчитанное по формулам:

где

2R₀ - внешний диаметр металлического стержня, h - глубина канавок металлического стержня,

2r₀ - внутренний диаметр резонаторной системы.

Конструкция сверхвысокочастотной мультипольной линзы (фиг.1, 2) содержит резонаторную систему, состоящую, например, из восьми электродов, соединенных последовательно через один и расположенных симметрично по окружности коаксиально проходящему внутри потоку заряженных частиц.

Работа сверхвысокочастотной мультипольной линзы в качестве резонатора накачки параметрического усилителя синхронных волн осуществляется следующим образом.

Электроды линзы питаются от генератора накачки, имеют потенциалы V_н=±V_нmcosω_нt и создают поперечное поле с частотой ω_н. Усиление сигнала происходит в линзе при выполнении условия активной связи быстрой и медленной синхронных волн, когда ω_н=0; β_н=0, где β_н - постоянная распространения волны накачки. При этом постоянные распространения поперечных волн электронного потока, вращающегося с частотой ω_r, определяются формулой , где i=1, 2, 3, 4 - номера нормальных поперечных волн электронного пучка, ξ - число пар электродов мультипольной линзы, u₀ - средняя скорость электронного потока. Кроме этого, наряду с поперечным параметрическим усилением, возрастание амплитуды сигнала происходит за счет продольного взаимодействия, основанного на замедлении электронов, сходного с процессом усиления в лампе с бегущей волной. Тем самым обеспечивается возможность достижения поставленной цели - одновременной фокусировки и длительного взаимодействия пучка заряженных частиц с поперечно-протяженным электромагнитным полем и непрерывным отбором энергии, что также позволяет использовать такую линзу для работы с широким пучком заряженных частиц.

Сверхвысокочастотная мультипольная линза, содержащая резонаторную систему, включающую, по меньшей мере, четыре электрода, соединенных последовательно через один и расположенных симметрично по окружности коаксиально проходящему внутри потоку заряженных частиц, отличающаяся тем, что электроды резонаторной системы выполнены в виде резонансных отрезков круглых металлических стержней с, по меньшей мере, шестью симметрично расположенными продольными канавками, ширина которых равна их глубине и равна четверти замедленной длины волны.