Фокусирующая система (варианты)
Владельцы патента RU 2427056:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет" (RU)
Группа изобретений относится к области фокусирующих систем электронной и ионной оптики. Фокусирующая система направлена на прецизионную фокусировку потоков заряженных частиц (электронов, ионов) большой интенсивности при использовании линейно-протяженных источников. Указанная задача достигается тем, что фокусирующая система содержит вакуумную камеру, систему электрических круговых контуров или постоянных магнитов, источник заряженных частиц. Источник заряженных частиц выполнен линейным, а система электрических круговых контуров или постоянных магнитов выполнена с возможностью создания магнитного поля вида: Bz (ρ,0)=B0ρ-α, где α=0,75-0,85 - горизонтальное расположение линейного источника; либо Bz (ρ,0)=В0ρ-α, где α=0,15-0,25 - вертикальное расположение линейного источника. Группа изобретений обеспечивает высокоточную фокусировку потоков заряженных частиц (электронов, протонов) большой интенсивности, при использовании линейно-протяженных источников. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области фокусирующих систем электронной и ионной оптики. Предлагаемая магнитная фокусирующая система предназначена для устройств, построенных на основе прецизионной фокусировки потоков заряженных частиц большой интенсивности при использования линейно-протяженных источников.
Из теории электронной и ионной оптики известно, что аксиально-симметричные магнитные поля, индукция которых в некоторой цилиндрической системе координат (O,ρ,φ,z) представима функцией Bz(ρ,φ,z)=Bz(ρ,z), фокусируют заряженные частицы при их движении в окрестности траектории ρ=R, z=0, одновременно по ρ и z направлениям (двойная фокусировка) при условии
l, m=1,2,…,
в частности, поля вида Bz(ρ, 0)=В0ρ-α. При этом, если источник заряженных частиц имеет угловую координату φ0=0, то фокусировка осуществляется под углом 
. Магнитные поля с указанными свойствами применяется в фокусирующих системах β-спектрометров и рентгеноэлектронных спектрометров. В частности, можно указать фокусирующую систему 30-см и 100-см магнитных спектрометров [Зигбан К., Альфа-, бета-, гамма-спектроскопия. - М.: Атомиздат, 1969].
Основной недостаток указанных фокусирующих систем заключается в следующем. Высокая степень фокусировки, соответствующая малым размерам фокусного пятна, достигается за счет уменьшения линейных размеров источника и оказывается максимальной в случае использования точечных источников. Указанное уменьшение линейных размеров приводит к снижению интенсивности потока заряженных частиц и делает малопригодным использование рассмотренных фокусирующих систем для устройств, построенных на основе высокоточной фокусировки потоков большой интенсивности.
Наиболее близким техническим решением, выбранном в качестве прототипа, является фокусирующая система электронного магнитного спектрометра [патент РФ №2338295, МПК H01J 49/48, опубл. 10.11.2008], содержащая кольцевую вакуумную камеру, в которую помещен источник и детектор фокусируемых электронов, электрических круговых контуров (катушек), установленных снаружи вакуумной камеры. Ампер-витки катушек и их геометрическое положение выбраны таким образом, что индукция магнитного поля в рабочей зоне изменяется по закону:
Bz (ρ,0)=B0ρ-α, где α=0,62-0,75.
Недостатком известного устройства является малая интенсивность электронных потоков.
Предлагаемая фокусирующая система обеспечивает высокоточную фокусировку потоков заряженных частиц (электронов, ионов) большой интенсивности при использования линейно-протяженных источников.
Указанный технический результат достигается тем, что фокусирующая система содержит вакуумную камеру, систему электрических круговых контуров или постоянных магнитов, источник заряженных частиц. Источник заряженных частиц выполнен линейным, а система электрических круговых контуров или постоянных магнитов выполнена с возможностью создания магнитного поля вида:
Bz (ρ,0)=В0ρ-α, где α=0,75-0,85 - горизонтальное расположение линейного источника;
либо Bz (ρ,0)=В0ρ-α, где α=0,15-0,25 - вертикальное расположение линейного источника.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1, представлена схема фокусировки при горизонтальном расположении линейного источника, на фиг.2 - схема фокусировки при вертикальном расположении линейного источника, на фиг.3 - схематическое изображение фокусирующей системы.
Двойная фокусировка заряженных частиц линейного источника в фокусирующей системе при горизонтальном расположении линейного источника (фиг.1) осуществляется следующим образом: при использовании точечного источника заряженные частицы фокусируются под углом 
, совершив одно полное колебание по оси Z и половину колебания по оси ρ. Очевидно, что под углом 
, сечение потока заряженных частиц от точечного источника будет иметь вид линии, направленной вдоль оси ρ. Установка в это положение линейного по оси ρ источника обеспечивает двойную фокусировку потока в той же точке фокусировки. Таким образом, угол между линейным источником заряженных частиц и устройством, использующим сфокусированные заряженные частицы, составляет: радиана.
Двойная фокусировка заряженных частиц линейного источника в фокусирующей системе при вертикальном расположении линейного источника (фиг.2) осуществляется следующим образом: при использовании точечного источника заряженные частицы фокусируются под углом , совершив одно полное колебание по оси ρ и половину колебания по оси Z. Очевидно, что под углом сечение потока заряженных частиц от точечного источника будет иметь вид линии, направленной вдоль оси Z. Установка в это положение линейного по оси Z источника обеспечивает двойную фокусировку потока в той же точке фокусировки. Таким образом, угол между линейным источником заряженных частиц и устройством, использующим сфокусированные заряженные частицы, составляет:
радиана.
Схематическое изображение фокусирующей системы приведено на фиг.3 (вид в плоскости ρ, Z=0). Фокусирующая система состоит из подсистемы контуров с током или постоянных магнитов 1, создающей магнитное поле типа α=0,15-0,25 или α=0,75-0,85 вакуумной камеры 2; линейного источника заряженных частиц горизонтального или вертикального расположения 3 (дано изображение горизонтального расположения) и устройства, использующего сфокусированные заряженные частицы 4, установленного под углом радиана к источнику.
Заявителю неизвестна конструкция фокусирующей системы для линейно-протяженных источников заряженных частиц, использующая указанные типы полей и выбранного угла расположения потребителя. Вследствие этого предлагаемая конструкция фокусирующей системы соответствует критерию «новизна».
Предлагаемая конструкция фокусирующей системы позволяет создавать потоки заряженных частиц высокой или даже сверхвысокой плотности для прецизионного воздействия на поверхность материала.
1. Фокусирующая система, содержащая вакуумную камеру, систему электрических круговых контуров или постоянных магнитов, источник заряженных частиц, отличающаяся тем, что источник заряженных частиц выполнен линейным, а система электрических круговых контуров или постоянных магнитов выполнена с возможностью создания магнитного поля вида: Bz(ρ,0)=B0ρ-α, где α=0,75-0,85.
2. Фокусирующая система, содержащая вакуумную камеру, систему электрических круговых контуров или постоянных магнитов, источник заряженных частиц, отличающаяся тем, что источник заряженных частиц выполнен линейным, а система электрических круговых контуров или постоянных магнитов выполнена с возможностью создания магнитного поля вида: Bz(ρ,0)=B0ρ-α, где α=0,15-0,25.
