Электростатический энергоанализатор заряженных частиц

 

Изобретение относится к технике измерения энергий заряженных частиц и может быть использовано дяя измерения спектра бета-частиц w электронов конверсии, испускаемых при радиоактивном распаде ядер, рентгеновских, фотои оже-электоонов, эмоттируемых под действием различных излучений в исследованиях структуры вещества , и мягких заряженных частиц в космическом пространстве. Целью изобретения является одновременное повышение разрешающей способности и дисперсии. Энергоанализатор состоит из двух электродов 1 и 2, имеющих симметрию винтовой линии, соединенных с источниками 3 и 4 напряжения, источника 5 и приемника 6 заряженных частиц . Благодаря увеличению длины пролета частиц в поле за счет закручивания по винтовой линии достигается как повышение дисперсии, так и разрешающей способности . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)s Н 01 J 49/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

AO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4474633/21 (22) 15.08.88 (46) О7 05,91.5ки ЛФ 17 (71) Объединенньюй институт ядерных исследований (72) H.И.Тарантин (53) 62 .384(088.8) (56) 1. Дмитрук М.И.. Малов А,Ф., Панин Б.B. и др Масс-сРпарационная устаровка со скрещенньзми маГнитнмм я электрическим полями для получения чистмх малораспространенных изотопов тяжелцх элементов .

8 кн.:Физическая электроника. — M.: Атомиздат, 1965, с.47-7О, 2. Тарантин Н.И, Аналитическое рассмотрение и расчет электростатических устройств путем решения обратной задачи.—

Препринт ОИЯИ Р9-88-149, Дубна, t988.

3. Афанасьев ВЛ1., Явор С.Я; Электростатические энергоанализатори для пучков заряженных частиц. — М.: Наука, 1978, с. 124-143.

„,50 1647699 А1 (54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ЭНЕРГСАНАЛИЗАТОР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к технике измерения энерГий заряженных частиц и может бить использовано для измерения спектра бета-частиц и электронов конверсии, испускаемых при радиоактивном распаде ядер, рентГеновских, фото- и оже-электронов,. эмиттируемих под действием различных излучений в исследованиях cT phl вец ест" ва, и мяГких заряженних частиц в космическом пространстве. Целью извбретения является одновременное повыеение раэрешаощей способности и дисларсии. ЭнерГо-. анализатор состоит из двух электродов 1 и

2, имеющих симметрию винтовой линии, соединенных с источниками 3 и 4 напряжения, источника 5 и приемника 8 заряженнмх частиц, Благодаря увеличению длины пролета частиц в поле за счет закручивания по винтовой линии достиГается как повмшение дисперсии, TsK и разрешающей способности, 2 ил.

Изобретение относится к технике электростатического измерения энергии заряженных частиц и может быть использовано для прецизионного измерения энергетических Спектров бета-частиц и электронов 5 конверсии, испускаемых при радиоактивном распаде ядер, рентгеновских, фото- и оже-электронов, эмиттируемых под действием различных излучений в исследованиях структуры вещества, и мягких заряженных 10 частиц в космическом пространстве.

Целью изобретения является одновременное повышение разрешающей способности и дисперсии энергоанализатора.

Н8 фиГ.1 и 2 показан предлаГаемый 15 энерГОэнализэтоо, Энергоанализэтор содержит два электрода 1 и 2, имеющих симметрию винтовой линии, соединенных с источниками 3 и 4 напряжения противоположной полярности, 20 источник 5 и приемник 6 заряженных частиц. На фиг. 1 и 2 представлен знергоанализатОр симм8тричнОГО типа, т,8. с Ь = -2 =

"- L где L> и Q = расстояние от границ электростатического дефекторэ соответственно 25 до источника и приемника заряженных частиц L$ и Lg проекции этих величин на плоскость, ортогональную к оси винтовой линии, ЭлектрОды 3H8prоанализатора имеют симметрию винтовОЙ линии и уГлОвую прО" тяженность вдоль этой ликии более 360О, имер 541 09о поперечной кривизны электродов удовлетворяют соотношению

Rw= ф — r1+ сов y(cos2y+ I>) L ()

+ 4 cps — sin 2 — В 1г — 4 lf d

4(cos y+11)8г у где Rvy — радиус поперечной кривизны элек- трода " угол наклона винтовой линии к пло- 45 скости, перпендикулярной к ее оси; Rr— проекция радиуса кривизны электронно-Оптической оси энергоанализатора на эту плоСКОСть;

11- коэффициент относительного содер- 50 жания линейной компоненты в электрическом поле знергоанализатора, заданный исходя из известного условия фокусировки анализируемых частиц в направлении диспергирования и условия одновременной фо- 55 кусировки во втором (перпендикулярном первому) направлении под действием ком поненты электрического поля

Ew - — E0 cos y(coa y+ Iz) w/Rr, (2) Где И вЂ” координата отклонения от оптической оси энергоанализатора во втором направлении;

Ео — напряженность электрического поля на оптической оси;

1г — коэффициент относительного содержания квадратичной компоненты в электрическом поле энергоанализатора, заданный исходя из известного условия устранения радиально-радиальной угловой квадратичной аберрации; б — расстояние от электронно-оптической оси энергоаналиратора до электрода.

Отличительные параметры энергоанализаторау=3,64 (tgp=0,2 Rr/ËRr), угловая протяженность электродов энергоанализатора ф = 541,09 (проекция угловой протяженности электродов нэ плоскМть, перпендикулярную оси винтовойлинии,ф=фсозу=540 }, радиусы поперечной кривизны внутреннего и внешнего электродов равны соответственно

Rw> = 0,422 Rr u Rwz = 0,615 Rr npu d =

= + 0,2 Rr {представлены проекции этих радиусов на плоскость чертежа).

Для рассмотрения поедлагаемого энергоанализаторэ использована ортогональная винтовая система координат r, ф w, координата г которой совпадает с координатой г цилиндрической системы координат r, p Z, а ф = у/cosy и W = (Z — p Rr tg y)/cosy.

Положение оси 9I винтовой системы координат дано для p = 90 цилиндрической системы.

Траектория заряженной частицы r (ф) в сечении Nf = 0 базового винтового поля

Er = (r, ф, 0) = Ео(1 — Iqp+ Izp );

Ew (r, ф О) = О, (3) где/ = (r — Rr )/Rr, тождественна траектории частицы r (p) в медианной плоскости Z = 0 тараидаЛЬНОГО ПОЛЯ Er(r, p,0) ТОГО жЕ ВИда (1).

В частности, коэффициент жесткости радиальных отклонений траектории частицы в винтовом поле в зависимости От координата ф так же, как аналогичный коэффициент отклонений в тороидальном поле в зависимости от координаты у, равняется р = тЗ вЂ” Е такое же соответствие имеет место для коэффициентов лреобразований траектории заряженной частицы во втором приближении.

МОЖНО ПОКЭЗЭТЬ, ИСПОЛЬЗУЯ ДЛЯ Bb1ражения в винтовой системе координат уравнений Максвелла diV Е = 0 и rot Г=

= 0 известные коэффициенты Ламе, равные в ассмат иваемом случае Нф= — r соз y+ Rr sin g и Нж = cos p, что ба1647699

Потенциалы электродов ЭнергоанализатОРа ЗаДаат СогЛаСНО фОРМУЛ8

+ +

ДИСП8ОСИЙ =!- лi 5 = H.- - f I i

Eo Rf.

Коэффицие

Фиг.г

Составитель К.Меньшиков

Техред М.Моргентал Корректор A.Oñàóë8H:(o

Редактор О.Головач

Заказ 1406 Тираж 31 8 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент™, г. Ух(город, ул,Гага„-::.:-Я., 101 зовому полю (3) отвечает в первом прибли)(С жении по малой величине Р//Rf < 1 поперечная компонента поля (2), переходящая в известную аксиальную компоненту Fz (r>, p, Z)= E0Я+ 4) Z/Rf тороидального поля при у = О. Иэ вида поля (2) следует, что коэффициент жесткости поперечных, т.е. вдоль координатной оси W, отклонений траектории частицы в зависимости от координаты ф

"ЛЫ v+ ) денные. коэффициенты р и q полностью определяют линейные преобразования траектории частицы в винтовом поле.

Формула (1), определяющая радиусы поперечной кривизны электродов энергоанализатора, получена новым применением метода обратной задачи (2) для построения электродов, обеспечивающих формирование заданного базового винтового поля (3).

Входящий в формулу(1) коэффициент е1 определен исходя из известного условия осуществления преобразования типа точка в точку (Т-Т) в радиальном сечении энергоанализатора (условие этого преобразования tg (p ф/2) - Rr /L Р) и преобразования типа точка в параллели (Т вЂ” П) во втором, по координате W направлении с четырьмя промежуточными фокусами при )jr * = 540О.

Из приведенных условий преобразований пучка частиц следует 8> = — 2,9283 и L =

= 1,181 Rf .

Входящий в формулу(1) коэффициент е2 определен исходя из известного условия обращения в нуль коэффициента радиальнорадиальной угловой квадратичной аберрации Yam=0. Условие исключения аберрации требует е2 = 5,682.

> затора )б = 2 L> Та(р 1Ь2)/р == ?6,9 F. u коэффициент удельной Относи. -::ьно ". дисnepcM» Уц/ t Y: I 5 = 2,96 ;о соо-.-, =-,-.-,- 8:-- Ho

10 в 13,9 и 4,6 раза больше аналоги-.:нь:):, ЭнячеНИЙ ДЛЯ СФЕРИЧЕСКОГО ЭН8РГОЯНЯ- ЭЯТДРЯ, В предля яемо - . энергаяняли-;-.:. 38 устраняются известным Образом п,.тем при менения искривленной в соотве.,стви.:: с

15 изображением при преоаразсвани".1 f — Ï щели npè IHNI(3 Эя;зя. -(((-чнь:. (- яс и якх(. аб8ррЯЦ. .и, ПОЛОжИТЕЛьньчк аффеК-1- От Оеа, Из (И ;, и3обретения — улуча!ЯН.,8 o:ä:= - .!Я,ощей спОсобности энергоанал;Затора в результате увелич8ния 8го дисперсии Ii устранения радиально-радиальной;(зя(.,Оятичной угловой ЯберрЯЦии Обеспз- ивЯ81 повьнл еиг:: точности иЗмеренил спектра Энерг. ;й 3яря

25 женных частиц и расширение возмо.(ности

ИЭМЕР8НИЙ.

ФоpMуляйзобр8те!!ия

Зле (тоастятиче-;.". (ий э!-8 г-:- н "л эятоо зяряженнцх частиц содеп (; щf;f". дq члек1.— рода., имеющих форму поверх;coтей; ас гоЯННОИ M ДВОИНОИ КРИВИЭ Н Ь,; Ое ч":::; 8-: !. источникями няпряжения p83Hoé полярно

СТИ, ИСТОЧНИК И ПРИ8МНИК ЗЯРЯЖ8ННЬ .Х ЧЯС" тиц, О т л и ч а ю шийся тем, что, с целью

35 одновременного увеличения дисперсии и разрешающей способности, электроды выполнены с винтовой осью симметрии, г угол поворота винта превышает 360Р,