Электростатический энергоанализатор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОцИАлистических

РЕСПУБЛИН

„„SU„„680534

4 (5 l ) Н 01 J 49/44 Н 01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ДВТОРСИОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 2545780/18-25 (22) 21. 11,77 (46) 07.05.85. Бюл. У 17 (72) А.M.Èëüèí и В.В.Зашквара (71) Институт ядерной физики

АН Казахской ССР (53) 621.384.6(088.8) (54) (57) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР, содержащий источник, приемник, внутренний и наружный цилиндрические электроды, одну торцсвую систему защиты, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности при большой светосиле и упрощения конструкции, в межэлектродном пространстве устанавливается металлическая торцевая пластина, перпендикулярная оси симметрии анализатора, имеющая потенци-. ал внутреннего цилиндрического электрода.

680534

Изобретение относится к спектроскопии пучков заряженных частиц и может быть использовано для построения электростатического энергоанализатора высокой разрешающей способности и значительной светосилы..

Известен электростатический энергоанализатор пучков заряженных частиц типа цилиндрического зеркала.

l0

Этот анализатор состоит из двух соосных цилиндрических электродов. Внутренний электрод обычно заземляется, а к наружному прикладывается меняющийся потенциал U по знак-„ одноименный заряду анализируемых частиц. То15 чечный источник и его изображение находятся на оси симметрии и фокусное расстояние равно 6,3 ч, где à — радиус внутреннего электрода.

Анализ заряженных частиц по кинетическим энергиям в этом устройстве основан на фокусирующем и диспергирующем действии электростатического поля в пространстве между цилиндрическими элек гродами на пучок заряженных частиц, направленный под некоторым углом а д к оси симметрии электродов. Разрешающую способность анализатора можно характеризовать отношением дисперсии к величине аберрацион-З0 ного размытия изображения. Чем больше . это отношение, тем выше разрешающая способность анализатора. Для создания цилиндрического поля в области прохождения траекторий заряженных частиц 35 требуются электроды большой длины, позволяющие устранить влияние краевых полей. Такие анализаторы оказываются громоздкими. На практике, в цилиндрических зеркалах анализирую-40 щее поле обычно ограничивают в направлении оси симметрии, а на торцах цилиндрических электродов располагают изолирующие пластины с системами коаксиальных металличес- 45 ких электродов, несущих корректирующие потенциалы. Внутренняя поверхность изолирующих пластин иногда покрывается слоем с большим омическим сопротивлением, что улучшает 50 корректирующее действие. Только применение таких довольно сложных и громоздких систем защитных электродов позволяет значительно сократить длину анализатора, избавившись от 55 искажающего действия краевых полей.

При этом фокусировка анализатора не улучшается.

Известен также укороченный анализатор типа цилиндрического зеркала, содержащий источник, приемник, внутренний и наружный цилиндрический электроды, одну торцевую систему защиты.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности при большой светосиле и упрощение конструкции, Цель достигается тем, что в межэлектродном пространстве устанавливается плоская торцевая металлическая пластина, перпендикулярная оси симметрии анализатора, имеющая потенциал внутреннего цилиндрического электрода.

В предлагаемом устройстве нужный эффект ослабления отклоняющего поля создается торцевой металлической пластиной, имеющей потенциал внутреннего цилиндра. С другой стороны, та же самая металлическая пластина ограничивает анализирующее поле, так что отпадает необходимость в системе защитнцх электродов с одного из торцов по сравнению с прототипом. Тем самым упрощается конструкция.

На фиг. 1 дана схема предлагаемо—

ro анализатора; на фиг. 2 — графики, поясняющие его работу.

Электростатический энергоанализатор содержит внутренний цилиндрический электрод 1 радиуса г, наружный цилиндрический электрод 2 радиуса г, металлическую торцевую пластину 3, точечный источник 4 заряженных частиц, приемник 5, окно 6 для ввода частиц в поле, окно 7 для вывода частиц из поля, приемную диафрагму 8 с малым круглым отверстием, систему 9 защитных электродов, изолирующее кольцо 10.

Анализатор работает следующим образом.

Расходящийся от точечного источника 4 пучок заряженных частиц поступает через окно 6 в анализирующее поле. Осевая траектория пучка наклонена на входе в поле углом 42,3 о к оси симметрии. Отраженные полем заряженные частицы выходят через окно 7 и попадают в отверстия приемной диафрагмы 8. Изменяя потенциал на наружном электроде 2, получают спектр частиц по энергиям в анализируемом пучке. Благодаря помещению на определенном расстоянии ()T окна 7 пластины 3 разрешающая оп >собность.6805 б. 19 б. 13

b03

Я,у ЗУ.З ФО

44а 2

ВНИИПИ Заказ 2821/3 Тираж 679 Подш(свое

Фнлнал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектнвя, 4 анализатора при регистрации пучков заряженных частиц с большой угловой расходимостью в несколько раэ выше, чем в случае цилиндрического зеркала в режиме угловой фокусировки второго порядка. Кроме того, в предлагаемом анализаторе отсутствует система защиты со стороны приемника. Положение торцевой пластины 3 определяется ее расстоянием 3 относительно точечного 1О источника 4. На фиг. 2 представлены аберрационные кривые, характеризнрующие продольное размытие иэображения в анализаторе. Выполненные на 3ВМ расчеты показали, что в случае 15

6@=42,3, 3>/3, =2, даже при небольшом расстоянии от пластины 3 до окна 7, дисперсия по энергии остается такой же, как в цилиндрическом зеркале, а величина размытия.изображения в несколько раз уменьшается при изменении 3 и соответствующем значенииg =E qU где E — кинетическая энергия частиц;

0 — отклоняющий потенциал на д наружном электроде; заряд частиц, что н приводит к повышению разрешения. Нужно отметить, что фокусное расстояние для различных сочетаний / ЗО и 3 может быть как больше, так и

34 4 меньше фокусного расстояния цилиндрического зеркала, которое равно 6,131

На фиг. 2 по горизонтальной оси отложены значения угла ввода пучка траекторий в поле<, а по вертикальной — значения фокусного расстояния в единицах 1 . Кривая 1 соответствует цилиндрическому зеркалу, для которого f =1,890, кривая П соответствует t =1,890, =6,30, кривая Ш вЂ” =

1, 809, S =5, 30 Р . Видно, что введение торцевой металлической пластины существенно уменьшает аберрационное размыкание при использовании больших углов расходимости. Так для кривых П и Ш при использовании угла расхоо димости 4 аберрационное размыкание уменьшается в 3,6 раза и в 2 раза соответственно, по сравнению с цилиндрическим зеркалом, что в соответствующее число раз повышает разрешающую способность анализатора.

Предлагаемый анализатор более совершенен и более прост по конструкции, чем прототип. Это выражается .в том, что разрешение при регистрации пучков с большой угловой расходимостью оказывается в несколько раз выше, а конструкция проще, так как устраняется система защитных электродов с одного иэ торцов анализатора.