Электростатический ускоритель ионов с автофокусировкой Советский патент 1990 года по МПК H05H7/00 

4 00

00

ел

со со

Изобретение относится к ускориI тельной технике и может быть исполь:зовано в электростатических ускорителях (ЭСУ) с автофокусировкой.

; Целью изобретения яйляется улучше;ние стабильности фокусировки пучка

(Ускоренных ионов при изменении их энергии на выходе ускорителя.

На фиг. 1 изображена конструктив- 10 нпя схема электростатического ускорителя ионов с афтофокусир овкой; на фиг. 2 - графическое представление результатов расчета положения 1 мнимого кроссовера пучка относительно 15

I положения его реального кроссовера при различных.режимах работы устрой

1,ства и-разных, углах (ср) образующей конуса поверхности дна чашеобразной полости вытягивающего электрода; на фиг, 3 - зависимость .изменения положения кроссовера Ь от угла q для режима с определенным интервалом изменения отношений напряжений уско ряющего к вытягивающему.

Ускоритель содержит камеру 1 для образования ионов, в которую введен анод 2 и осесимметричный вытягивающий электрод 3, одновременно являющийся катодомс Вытягивающий электрод

I 3 имеет канал 4 для транспортировки ионов и чашеобразную полость 5 - со стороны выхода канала 4 С поверхностью 6..

В полость 5 частично введен з5 ряющий осесимметричный электрод 7 ий-. жектора ионов. Ускоряющая система и

i система автоматического поддержания

I постоянства отношения энергии уско: ренных ионов к энергии ионов на вхо- 40 де в ускоряющую систему образована электродами 8 ускоряющей трубки, вы-. водом 9, электрически связанным с

I кондуктором (на фиг. 1.1ш показано),

I резисторами 10, подключенными кэлект-45 практике значений ускоряющего

20

25

Включают источник 13 электропи ния, а на вывод 9 подают высокое пряжение. Ионы, образовавшиеся в мере 1, поступают в канал 4 вытяг вающего электрода 3, при этом в к ле 4 образуется кроссовер пучка и нов. Энергия ионов в канале соотв ствует напряжению источника 13 эл ропитания ( I кВ) . Попав .в чашеоб ную полость 5, ионы ускоряются по ускоряющего электрода 7 и, приобр .Соответствующую энергию перед вхо в ускоряющую трубку (электроды 8) ускоряются и фокусируются полем т ки, образуя на некотором удалении кроссовер. Энергия, которую имеют ускоренные ионы на выходе из уско теля, пропорциональна, в конечном те, току, проходящему через делит Поскольку сопротивления резисторо процессе работы ускорителя не изм ются, тем самым создается пропорц нальность изменения напряжения ме .ду электродами. -Влияние изменяюще напряжения вытягивания на линейно изменение энергии ионов перед вхо в трубку, Б зависимости от напряж ния на трубке, исключается вычита ем напряжения вытягивания из на пр жения между вытягивающим и ускоря электродами, что осуществляется н резисторе 12. Тем самым выполняет условие автофокусировки. Благодар тому, что образующая дна чаьчеобра ной полости составляет с осью с-ис мы тупой угол ( ), создается кое распределение поля между вытя вающим и.ускоряющим электродами, совокупное действие фокусирующим дефокусИрующей части,оказывается ти независящим от изменения велич

отношения

1.

V

для используемых

еыг

(Vy(.|) и вытягивающего (VBI,|T) нап жений (см. фиг. 2, фиг. 3). То же касается определения изменения . ра са пучка ускоренных ионов в произ вольной фиксированной точке сист е

: родам трубки и имеющими постоянное

и одинаковое сопротивление, а также резисторами 11 и 12.

ИсГочник 13 электропитания подключен положительным (+) полюсом к аноду 2, а отрицательным (-) - }с вытягивающему электроду 3. Поверхность дна чашеобразной полорти 5 выполнена в форме конуса, образующая которого составляет .с осью системь; внутри чащеобразной полости 5 тупой . Угол (f составляет не менее 108 .

Устройство работает следующим образом.

Включают источник 13 электропита ния, а на вывод 9 подают высокое напряжение. Ионы, образовавшиеся в камере 1, поступают в канал 4 вытягивающего электрода 3, при этом в канале 4 образуется кроссовер пучка ио нов. Энергия ионов в канале соответствует напряжению источника 13 электропитания ( I кВ) . Попав .в чашеобразную полость 5, ионы ускоряются полем ускоряющего электрода 7 и, приобретя .Соответствующую энергию перед входом в ускоряющую трубку (электроды 8), ускоряются и фокусируются полем трубки, образуя на некотором удалении кроссовер. Энергия, которую имеют, ускоренные ионы на выходе из ускорителя, пропорциональна, в конечном счете, току, проходящему через делитель. Поскольку сопротивления резисторов в процессе работы ускорителя не изменяются, тем самым создается пропорциональность изменения напряжения меж- .ду электродами. -Влияние изменяющегося напряжения вытягивания на линейное изменение энергии ионов перед входом в трубку, Б зависимости от напряжения на трубке, исключается вычитанием напряжения вытягивания из на пря- жения между вытягивающим и ускоряющим электродами, что осуществляется на резисторе 12. Тем самым выполняется условие автофокусировки. Благодаря тому, что образующая дна чаьчеобраз- ной полости составляет с осью с-исте- мы тупой угол ( ), создается такое распределение поля между вытягивающим и.ускоряющим электродами, что совокупное действие фокусирующим и дефокусИрующей части,оказывается почти независящим от изменения величины

1.

V

для используемых

еыг

практике значений ускоряющего

(Vy(.|) и вытягивающего (VBI,|T) напряжений (см. фиг. 2, фиг. 3). То же касается определения изменения . радиуса пучка ускоренных ионов в произвольной фиксированной точке сист емы.

Если для определения местоположения кроссовера в районе вытягивающего электрода использовалась методика расчета траекторий с предварительными расчетами распределения поля, путем численног о решени 1 уравнения Лапласа и последующим интегрированием . уравнения траектор1 и, что допольно

трудремко и возможно на крупных ЭВМ, то для определения изменяющегося положения кроссовера на выходе, при из- зестном изменении положения кроссовера входного, достаточно для соответствующих оценок воспользоваться представлением ускоряющей трубки как трехэлементной системы, состоящей из

Формула изобретения

1. Электростатический ускоритель ионов с автофокусировкой, содержащий инжектор ионов, включающий камеру для образования ионов, осесимметричный вытягивающий электрод с каналом для транспортировки ионов и с чашеобраз

Изобретение относится к ускорительной технике. Электростатический ускоритель ионов с автофокусировкой содержит камеру 1 для образования ионов, в которую введеН анод 2 и оса- симметричный втягивающий электрод (ОСВЭ) 3, одновременно являющийся катодом. ОСВЭ имеет канап 4 для транспортировки ионов и 4ameo6pa3fiyra полость (ЧОП) 5 со стороны выхода канала 4 с поверхностью 6. В ЧОП 5 частично введен ускоряющий электрод 7 инжектора ионов. Ускоряющая система и система автоматического поддержания постоянства отношения энергии ускоренных ионов к энергии ионов на входе в Ускоряющую систему образована электродами 8 ускоряющей трубки, выводом 9, резисторами 10-12. Поверхность дна ЧОП 5 Имеет форму конуса, образующая которого составляет с осью системы внутри ЧОП 5 тупой угол 4, не менее 108 . Улучшается стабиль- н ость фокусировки пучка ускоренных ионов при изменении их энергии на выходе. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л с

входной фокусирующей линзы, выходной 0 ной полостью со стороны выхода кана- дефокусирутощей линзы и области посто- я нного поля между ними.

Когда образующая вытягивающего электрода перпендикулярна оси системы, как в известном ускорителе, измела, а также ускоряющий осесш-тмстрич- ный электрод инжектора .ионов, частично введенный в упомянутую полость, ускоряющую систему и систему автома- 15 тического поддержания постоянства отноигения энергии ускоренных ионов к энергии ионов на входе в ускоряющую систему, отличающийся тем, что, с целью улучшения стабнпьла, а также ускоряющий осесш-тмстрич- ный электрод инжектора .ионов, частично введенный в упомянутую полость, ускоряющую систему и систему автома- 15 тического поддержания постоянства отноигения энергии ускоренных ионов к энергии ионов на входе в ускоряющую систему, отличающийся тем, что, с целью улучшения стабнпьнение местоположения кроссовера пучка ускоренных в ЭСУ ионов составляет мм. Такая нестабильность заметно сказывается на величине радиуса 20 ности фокусировки пучка ускоренных ускоренного пучка в фиксированной ионов при изменении их энергии на выточке. В этом случае его значениеходе ускорителя, поверхность дна ча-. изменяется приблизительно в 1,7 раза.шеобразной полости выполнена в форме В рассматриваемом же устройстве дляконуса, образующая которого составля-- того же интервала напряжений на труб- 25 ет с осью системы внутри чашеобразной ке изменение составляет мм.полости тупой угол. Такое малое изменение положения крое- 2. Ускоритель по п. 1, о т л и- совера на выходе из ЭСУ даже экспери-чающийся тем, что тупой угол ментально определить затруднительно.составляет не менее 108 .

фиг.1

ной полостью со стороны выхода кана-

ла, а также ускоряющий осесш-тмстрич- ный электрод инжектора .ионов, частично введенный в упомянутую полость, ускоряющую систему и систему автома- тического поддержания постоянства отноигения энергии ускоренных ионов к энергии ионов на входе в ускоряющую систему, отличающийся тем, что, с целью улучшения стабнпьности фокусировки пучка ускоренных ионов при изменении их энергии на выходе ускорителя, поверхность дна ча-. шеобразной полости выполнена в форме конуса, образующая которого составля-- ет с осью системы внутри чашеобразной полости тупой угол. 2. Ускоритель по п. 1, о т л и- чающийся тем, что тупой угол составляет не менее 108 .

H

I

.« q

Фи&.г