Устройство для поворота пучка заряженных частиц Советский патент 1986 года по МПК G21K1/08 

. /

Фиг.Г

vj N)

а ел

4

f

(1бретеиие 1Т1к,)г:ится к области технической физита, F частности к системам траиспортиронки и управления пучками-заряженных частиц.

Известны отклоняющие системы, которые применяются для попорота пучков частиц высоких янергит с разбросом частиц по импульсу, Каж ддя из подобных, систем представляе собой комбинадиго из отклоняющих либо отклоняющих и фокусирующих ионно-оптических элементов.

Если отклоняющие и фокусирующие элементы выполнены без погрешносте и аберраций, то отклоняющая система будет характеризоваться отсутствием дисперсии. Такие системы носят название бездисперсных. Однако любая бездисперсная система, состоящая из реальных элементов, дает конечную величину дисперсии, определяемую погрешностями выполнения ионно-оптических элементов, погрешностями их установки и аберрациями элементов. Величины этих дисперсий (при заданных значениях погрешностей и аберраций) растут с ростом угла поворота пучка.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для поворота пучка заряженных частиц, включающее бездисперсный участок из отклоняющих и фокусрующих элементов. Это устройство представляет собой комбинап.ию из двух идентичных отклоняюиг х секторных магнитов с углом поворота ffA и радиусом кривизны оптической оси Р, между которыми на равном расстонии 6 от каждого из магнитов расположена квадрупольная линза длиной Вр с фокусным расстоянием f , которая фокусирует частицы в плоскости поворота. Любое отклонение параметров отклоняющего участка от номинальных значений ведет к появлению дисперсии. Так, например, отклонение фокусного расстояния ui от номинального значения i дает следующие величины линейной D и угловой дисперсии;

/o./ cfeAii /Ох. -/-,

где 1 - полный угол отклонения. Эти выражения получены при услоОоР

ВИИ -р- ; ( и - Y «

72654

Таким образом, оснонным недостатком рассматриваемой бездисперсной системы при использовании ее для поворота пучков с большим раз5 бросом частиц по импульсу

является присущая системе значительная дисперсия, которая растет с ростом угла поворота ср.

Цель изобретения - уменьшение дисперсии устройства, возникающей изза погрешностей изготовления и аберраций элементов бездисперсного участка.

Указанная цель достигается тем, что устройство дщя поворота пучка заряженных частиц, включающее бездисперс 1ый участок из отклоняющих и фокусирующих элементов, выполнено в виде п () последовательно расположенных бездисперсных участков с

f

углом поворота - -, где Cf - заданный угол отклонения пучка, причем каждый участок обладает устойчивой 25 матрицей преобразования вектора поперечных координат и импульсов на каждом участке.

На фиг. 1 показан бездисперсный участок, отклоняющий пучок на угол tf) на фиг. 2 - предложенное устройство, состоящее из двух бездисперсных участков и отклоняющее пучок на угол ср .

Пучок заряженных частиц проходит через отклоняющие секторные магниты 1 и фокусируется квадрупольной линзой или системой квадрупольных линз 2.

Любая комбинация линейных и ионно-оптических элементов однозначно описывается матрицей преобразования, которая определяет поперечные координаты и импульсы частицы на выходе комбинации по заданным координатам и импульсам на входе комбинации. Устойчивой называется матрица, диагональные элементы которой удовлетворяют определенным отношениям (физический смысл требования устойчивости матрицы преобразования всех составных частей ионно-оптической системы состоит в том, что этим требованием обеспечиваются условия, при которых поперечные размеры пучка, проходящего через систему, остаются ограниченными).

Поскольку элементы матрицы преобразования определяются параметрами

ионно-оптических элементов и их взаимным расположением, то требование устойчивости матрицы преобразования эквивалентно требованию выполнения определенных соотношений между параметрами ионно-оптических элементов и-величинами, определяющими их взаимное расположение.

При этом структура участка (т.е. тип ионно-оптических элементов, из которых состоит участок, и их количество не является строго обусловленной; она выбирается в соответствии с параметрами пучка (энергия частиц пучка, эмиттанс пучка) и целями решаемой конкретной технической задачи.

Пусть матрица преобразования четырехмерного вектора координат x,Z и импульсов X, н устойчива и не содержит членов, приводящих к связи между движением частиц в направлениях X и , Тогда линейная и угловая дисперсии устройства, состоящего из 11 бездисперсных идентичных участков и отклоняющего пучок на угол (f , определяется следующими выражениями (дляслучая, когда линейная и угловая дисперсии отдельных участков определяются систематическими погрещностями и аберрациями ионнооптических элементов):

,(,4Гз

flfll

51П а|

l-i-S7t f W7 ySi,

Sin

где |U,o(.y, у, УХ - параметры, определяющие фокусирующие свойства одного участка в направлении X.

J и j)( явДпя случая, когда ляются результатом случайных некоррелированных от участка к участку погрешностей параметров ионно-оптических элементов, линейная и угловая дисперсии устройства имеют следующий вид:

)

(и.

.,. где cfj - угол поворота пучка отдельного бездисперсного участка.

Аналогичные выражения Можно получить для направления 2 . Для малых

0 углов поворота одного участка линейная Jx и угловая Jyi дисперсии участка имеют вид

V

5

В силу этого оЬстоятельства линейная и угловая дисперсии предложенного устройства при наличии систематических погрешностей (1)) и ( ) уменьшаются обратно пропорцио0нально п -числу бездисперсных участков. При наличии случайных погрешностей линейная и угловая дисперсии устройства уменьшаются обратно пропорционально-JIT.

5

Физическая причина уменьшения дисперсии в данном устройстве, состоящем из h бездисперсных участков, состоит в том, что дисперсия всего такого устройства приблизительно

0 пропорциональна дисперсии одного бездисперсного участка. А дисперсия одного участка уменьшается с уменьшением угла отклонения пучка этим участком Поэтому дисперсию всего

5 устройства можно сделать как угодно малой, увеличивая количество бездисперсных участков.

Применение изобретения позволит создать иончо-оптические системы,

0 отклоняющие пучки заряженных элементарных частиц с большим разбросом по импульсу на большие углы с точностью, недостижимой с помощью известных бездиспёрсных отклоняющих систем. Это устройство можно

5 также использовать для отклонения на большой угол частиц с импульсом, существенно меняющимся во времени.

«м

Cvj

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВОРОТА ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, включающее бездисперсный участок из отклоняющих фокусирующих элементов, отличающееся тем, что, с целью уменьшения дисперсии устройства, возникающей из-за погрешностей изготовления и аберраций элементов бездисперсного участка, устройство выполнено в виде h ( последовательно расположенных бездисперсных участков с углом поворота где if - заданный угол отклонения, пучка, причем каждый участок обладает устойчивой матрицей преобразования вектора поперечных координат и импульсов на каждом участке.