Электростатическая отклоняющая телескопическаясистема

 

33574I

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт, свидетельства №

Заявлено 10.11.1971 (Xo 1626305/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 11Ë×.1972. Бюллетень ¹ 13

Дата опубликования описания 17Х.1972

М. Кл. Н 011 39/00

Кохтитет по делам изооретеиий и открытий при Совете тлиииотров

СССР

УДК, 621.384.6(088.8)

jl (Авторы изобретения

Б. В. Бобыкин, В. M. Кельман, В, А. Расторгуев и Е, М. Якушев

Институт ядерной физики АН Казахской ССР

Заявитель

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ОТКЛОНЯЮЩАЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ

СИСТЕМА

Устройство относится к технике бета-массспектрометрии и предназначено для использования в качестве отклоняющего элемента, обладающего дисперсией по энергии.

Известны четырехэлектродные электростатические отклоняющие телескопические системы, образованные цилиндрическими линзами.

В таких системах аберрации в направлении, перпендикулярном дисперсии, могут быть меньше, чем в трехэлектрод ных системах. B частности, сферическая аберрация в четырехэлектродных системах может быть в 10—

15 раз меньше, чем в трехэлектродных системах цилиндрических линз, при той же дисперсии и п ри тех же размерах электродов, что и у последних. Однако полностью устранить сферическую аберрацию электростатических отклоняющих телескопических систем из цилиндрических линз не удается. Аберрации приводят к некоторой потере светосилы прибора, в котором работает отклоняющая телескопическая система. Кроме того, наличие аберраций в направлении, перпендикулярном дисперсии, вызывает аберрации более высокого порядка в направлении дисперсии отклоняющей телескопической системы. Последние могут ограничивать разрешающую способность приборов.

Целью устройства является полное устранение сферической аберрации электростатических отклоняющих телескопических систем в направлении, перпендикулярном дисперсии, и связанных с ней аберраций в направлении дисперсии.

5 Цель достигается благодаря тому, что отклоняющая телескопическая система составлена из последовательно расположенных цилиндрических линз и цилиндрического зеркала, компенсирующего сферическую аберрацию

10 линз в направлении, перпендикулярном дисперсии. В системе достигается полная компенсация сферической аберрации, так как линзы и зеркало при определенных условиях имеют собственные сферические аберрации, равные

15 по величине, но противоположные по знаку.

Конструкция отклоняющей телескопической системы при этом не усложняется.

На фиг. 1 изображена предлагаемая электростатическая телескопическая система в об20 щем виде; на фиг. 2 — траектория заряженных частиц, движущихся в средней плоскости хг системы; на фиг. 3 — проекции на плоскость yz траекторий частиц, падающих параллельно средней плоскости на различных

25 расстояниях от нее.

Электростатическая отклоняющая телескопическая система состоит по крайней мере из трех пар параллельных пластин (форма пластин показана на фиг. 2). Каждая пара плаЗ0 стин, симметрично расположенных относитель335741 (2) Ф 2 Ф Ф, sin0, = з1п0, / e, Ф

40 но средней плоскости, находится под общим потенциалом и представляет собой один из электродов системы. Электрод 1 находится под потенциалом Фь электрод 2 — под потенциалом Фг, электрод 8 — под потенциалом Фз.

Электроды 1 и 2 образуют электростатическую цилиндрическую линзу, а электроды 2 и

3 — электростатическое цилиндрическое зеркало. Потенциалы на электроды поданы так, что выполняются неравенства: еФ (0; е(Ф вЂ” Ф< sin>O ) (0; е(ФЗ вЂ” Ф sin 0 ) )0; где e — заряд частицы. Принято, что потенциал равен нулю там, где скорость частицы равна нулю, т. е. еФ равна энергии падающих частиц. Размеры электродов в направлении оси х выбраны такими, чтобы в области движения заряженных частиц поле было двумерным с высокой степенью точности.

Заряженные частицы, движущиеся в средней плоскости, образуют в свободном от поля пространстве перед поступлением в систему угол 0 с осью z. После прохождения поля цилиндрической линзы пучок разлагается по энергии в соответствии с формулой

Как видно из (1), для каждой группы частиц с одной энергией Ф угол 0 один и тот же. После прохождения линзы плоский пучок перестает быть параллельным. Разложенный пучок достигает плоскости поворота

z = г„определяемой из соотношения Ф (zn) =

=Ф sin>8, и выходит из системы в свободное от поля пространство с потенциалом Ф .

Таким образом, на второй щели происходит отражение частиц. Вследствие равенства углов падения и отражения угловой разброс по энергии, возникший после прохождения линзы, сохраняется и после прохождения

30 зеркала. Дисперсия по энергии системы равна:

Если на систему падает параллельный объемный пучок частиц, то после прохождения линзы он расходится в направлении, перпендикулярном средней плоскости, из-за фокусирующего действия линзы. Зеркало устраняет эту расходимость в параксиальном приближении совмещением фокальных плоскостей линзы и зеркала, система становится телескопичной, Для того чтобы устранить сферическую аберрацию системы, необходимо параметры зеркала подобрать такими, чтобы его постоянная сферическая аберрация была численно равна постоянной сферической аберрации линзы. При этом сферическая аберрация цилиндрической линзы и цилиндрического зеркала взаимно компенсируются. Условия, при которых достигается компенсация, определяют в каждом случае путем численного интегрирования уравнений движения заряженных частиц. При выполнении этих условий падающий на систему объемный параллельный пучок остается параллельным (для частиц одной энергии) не только в параксиальном приближении, но и с учетом аберраций. П ри этом равенства (1) и (2) выполняются точно, т. е. в направлении дисперсии система не вносит искажений.

Предмет изобретения

Электростатическая отклоняющая телескопическая система, обладающая дисперсией по энергии, содержащая цилиндрические линзы, отличающаяся тем, что, с целью полного устранения сферической аберрации в направлении, перпендикулярном дисперсии, и связанных с ней аберраций в направлении дисперсии, она выполнена в виде последовательно расположенных цилиндрических линз и цилиндрического зеркала.

33574) Фиг r

Фие 2

Фиг g

Редактор Т. Орловская

Заказ 1279(11 Изд. № 533 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская паб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Е. Громов

Тсхред Т. Курилко

Корректоры: Е. Ласточкины и В. Петрова