Устройство для формирования поля облучения Советский патент 1988 года по МПК H05H7/04 

00 со со

05

Изобретение относится к ускорительной технике. Устройство для фор мирования поля облу-чения содерж-ит not- следовательно расположенные ускоритель 1 заряженных частиц, фокусирую™ щие элементы 2, магнитную поворотную ахроматическую систему 3, включающую поворотные магниты 4 и импульсные ккядрупольные линзы 5 и 6, градиенты поля которых равны по величине и противоположны по знаку и расположенные таким обргазом, что в месте размещения хотя бы одной из них поперечная Персия отлична от нуля, импульсный отклоняющий магнит (ИОМ) 7, линзы В, мишень 9, облучаемый объект 10 и детектор 11 излучения. При этом угол отклонения ИОМ 7 соответствует выражению, приведенному в описании изобретения. Устройство имеет стабильные параметры пучка на объекте за счет устранения влияния разброса по энергии. I з.п. ф-лы, 2 ил. СО

7

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к устройст-, вам для формирования поля облучения со сканированием пучка, применяемым на выходе ускорителей заряженных частиц. .

Целью изобретения является повыше мие стабильности параметров пучка на объекте облучения за счет устранения влияния разброса по энергии.

На фиг.1 схематически изображено устройство для формирования поля облучения; на фиг.2 проводка пучка и ход дисперсионной траектории.

Устройство (фиг.1) содержит после довательно расположенные ускоритель 1 заряженных частиц , фокусирующие элементы 2, магнитную поворотную ахроматическук систему 3, включающую поворотные магниты 4, две импульсные квадрупольные линзы 5 и 6, импульсный отклоняющий магнит 7, линзу 8, мишень 9, облучаемый объект 10 и детектор I1 излучения.

Устройство работает следующим образом.

От ускорителя 1 пучок элек тронов поступает на вход ахроматической поворотной системы 3, в которой на двух локальных участках возбуждают квадру польные магнитные поля. Эти поля формируют квадрупольными линзами 5 и 6. |Ахроматическая поворотная система может одновременно выполнять и функ- цию поперечной фокусировки пучка.

Для того, чтобы на выходе магнита отсутствовала линейная D ,gj,,, и угловая D,e, дисперсии, необходимо, чтобы на входе в магнит 7 дисперсия и ее производная менялись по закону

DIBX Р (1-COS ц ),

D

(1)

1вх -sint,

где If- угол отклонения агнита 7.

Мнимая точка пересечения дисперсной траектории с осевой траекторией отстоит от входа в отклоняющий магнит на расстояние р- sin у /2, где р.- радиус поворота.

Длина осевой траектории в отклоняющем магните равна Для магнита с прямоугольной формой полюса Р- const. Поэтому положение мнимой точки пересечения дисперсной траектории с осевой траекторией совпадает с центром отклоняющего магнита с прямоугольной формой полюсов.

Условия (I), отнесенные к центру магнита, примут вид

(2)

Оц,„ О;

Оц.м -sin f

При его выполнении на выходе отклоняющего магнита отсутствует линейная и угловая дисперсии

Ахромати 1ная поворотная система, в которой возбуждают на локальных участках квадрупольные поля, как раз и обеспечивает изменения линейной и угловой дисперсии согласно условию (2).

Влияние квадрупольной линзы 6 (в приближении тонкой линзы) на изменение линейной dD и угловой дисперсии AT) в центре отклоняющего магнита записывается следующим образом;

OJ

4D(Q,) -a,,--D(Q,);

4D (Q,) ),

где a ji коэффициенты матрицы перехода (синусная траектория а и ее производная а) сгг , точки расположения квадрупольной линзы Q до центра отклоняющего дипольного магнита;

D(Q) - дисперсия в точке расположения квадрупольной линзы,6, м;

1 - эффективная длина линзы, м;

U,. (-) - --)

ЙР dX

- безразмерный параметр линзы,(положительному градиенту дЬ /8Х соответствует фок у сировка в плоскости поворота), характеризующий ее оптическую силу.

Если линза 6 установлена так, что набег фазы радиальных колебаний равен 1 , то коэффициенты матрицы перехода л и я принимают вид

11

0; а

11

1/а„ ,

где а, - коэффициент линейного увеличения матрицы перехода. Следовательно, включение одной лич зы достаточно, чтобы удовлетворить условно (2). Изменение градиента в.

3141

линзе (или ее оптической силы) при этом должно удовлетворять соотношеник

i- -D(Q,) -sint,

н

Но линза 6 возмущает поперечное

движение (в радиальной и вертикальной плоскостях) моноэнергетического пучка что приводит к изменению поперечного размера пучка на облучаемом объекте, Чтобы устранить этот эффект, в ахрома тическую систему введена еще одна квадрупольная линза 5, градиент в ко торой имеет другой знак. Если матрица перехода между линзами по вертикали и горизонтали имеет минус единичное преобразование

-1

О

О

то возмущение, вносимое первой линзой (по ходу пучка) на моноэнергетический пучок полностью устраняется второй линзой. То есть возмущение поперечног го движения моноэнергетического пучка будет только между линзами 5 и 6. Влияние квадрупольной линзы 5 на изменение дисперсии Dj и ее производной 4 П в центре отклоняющего магнита запишется

AD

f - О; Щ

Т D(Qi),

где D(Qj) - поперечная дисперсия в

линзе 5.

Закон изменения градиента в линзах 5 и 6 в зависимости от угла if отклонения частиц в импульсном магните, при котором отсутствует сепарация частиц после импульсного магнита, примет вид

-sin If « D(Q,) + D(Q)J

При малых углах отклонения в ди-. польном магните ( tf 25)

sin I/ О: « 2; -s- ) Вр

где В., - поле в дипольном магните.

Т

А

1« эффективная длина дипольного

магнита, MJ Вр - магнитная жесткость частиц.

Тд.м.

40

45

50

55

(Q,)

-t- D(Q).

936

С.чедовзтел1)НГ1, величина поля в магните линейно связана с градиентом поля в линзах

5 Вд,1л; 1л ,г

Bf В. йХ

Электромагнитные параметры линз и отклоняющего магнита можно подо Q брать так, чтобы их обмотки запитать от одного источника.

Параметры элементов поворотной ахроматической системы (кол1тчество магнитов, расстояние между ними,

15 углы скосов в магнитах) выбраны так, что матрица перехода ахроматической системы как в радиальной, так и вертикальной njjocKOCTHX, имеет единичное преобразование. Это сделано

0 исключительно с целью .п .гчшего пояснения предлагаемого изобретения. То есть параметры пучка на входе в ахроматическую систему точно такие же, как и на выходе.

25 Квадрупольная линза 6 расположена на участке, где дисперсия D(Q ) равна нулю. Линза 5 расположена на участке, где D(Q) 40 см. Между линзами 5 и 6 матрица перехода по вертикали и горит

30 зонтали имеет минус единичное преобразование. Набег фазы радиальных колебаний между линзой 6 и центром отклоняющего магнита 7 равен (U/xiT.

На фиг.2 показана проводка пучка и ход дисперсной траектории для трех значений углов отклонения частиц в отклоняющем магните 7 ( 1 20, Ч/ О , -20 ). Во всех режимах на выходе магнита 7 дисперсия отсутствует. При сканировании (фиг.2) огибающие пучка изменяются только на участке между линзами 5 и 6. Поперечный размер пучка на мшиени 9 (облучаемом объекте) не зависит от разброса частиц по импульсам и сохраняет свое

35

значение при различных углах отклонения частиц в дипольном магните.

Форм у л а изобретения

51Д189

магнчтн т) гювпротную ахроматическую систему введены две ит-шульсные квадру- польные линзы, грлд1,еиты nojin и которых равны по величине и противополож ны по янаку и расположенные так, что в месте размещения хотя бы одной из них поперечная дисперсия отлична от нуля, а матрица перехода S между центрами линз имеет вид

10

О

при этом ближайшая к импульсному отклоняющему магниту квадрупольная линза расположена в софокусной точке, центра этого магнита, а угол отклонения ( импульсного отклоняющего магнита удовлетворяет выражению

l arcsin 5l-.)-i5lQ- l)l в-у 9 Х а ,, J

где 1 - эффективная длина квадрутюль- ной линзь, м;

D(Qi). . .

D(Q,j) - дисперсия в местах расположения импульсных квадрупольных линз О и Q, м;

11

магнитная жесткость частиц пучка, Тд- м;

коэффициент увеличения матри цы перехода от центра квадру польной линзы, ближайшей к импульсному отклоняющему маг ниту, до центра этого магнита;

В,/

градиент поля в импульсных квадрупольных линзах.

Т./м.

2, Устройство по п,1, о т л и чающееся тем, что импульсные квадрупольные линзы и импульсный отклоняющий магнит последовательно подключены к одному источнику питания, а параметры магнитного поля в этих элементах удовлетворяют соотношению

5

В.Л Ш/в (I) const,

дх

где 5В (1)/ЙХ

Л

VI)

-градиент магнитного поля в линзах, Тд/м;

-магнитное поле в импульсном отклоняющем

л

магните, Т

I - ток от источника пи тания, А.