Электростатический цилиндрический дефлектор заряженных частиц Советский патент 1988 года по МПК H01J49/46 

(Л

4

СО

о ел to

Фп

рата. Все электроды соединены с источником постоянного электрического напряжения через делитель так, что выполняется соотношение (4Z) 8 rfCVc V)/EO, где V - потенциал ППЭ, В; V - потенциал электрического цилиндрического поля (ЭЦП) в месте расположения ППЭ, В; Ео алгебраическое значение напряженности ЭЦП на оптической оси Дефлектора, B/Mj d Z - расстояние между радиальными сечениями, м; иг - радиальный размер каждого из ППЭ. Происходит увеличение углового аксептанса электростатического цилиндрического дефлектора, 3 ил.

Изобретение может быть использовано в ускорителях, анализаторах. Электростатический цилиндрический дефлектор заряженных частиц имеет помещенные в вакуумную камеру внешний цилиндрический электрод (ЦЭ) 1, имеющий меньшую угловую протяженность в радиальном сечении, чем внутренний ЦЭ 2, и плоские параллельные электроды (ППЭ) 3 и 4 в форме квад

1

Изобретение относится к технике электростатического отклонения и анализа заряженных частиц и может быть использовано в ускорителях, анализаторах и других устройствах, в которых применяется пучок заряженных частиц.

Целью изобретения является увеличение углового аксептанса за счет максимальной фокусировки заряженных частиц в электростатическом цилиндрическом дефлекторе путем создания дополнительных фокусирукяцих полей на входе и выходе дефлектора.

На фиг. 1 и 2 показаны две прямоугольные , проекции электростатического дефлектора и краевые траектории пучка заряженных частиц; на фиг. 3 - ход силовых линий электрического поля в сечении А-А.

Электрический дефлектор содержит внешний 1 и внутренний 2 электроды цилиндрической формы, причем t 1, плоские электроды 3 и 4 (на фиг. шестнадцать плоских электродов), установ- л енные в радиальных сечениях Z Z д, Z Z вдоль линий ВС и DE, причем

I иг f- uR, источник 5 и коллектор 6 заряженных частиц. Все эти элементы размещены в камере (не показана), откачанной до низкого давления. Цилиндрические и плоские электроды соединены с источником 7 постоянного электрического напряжения через делитель 8 из резисторов.

Согласно приведенного в формуле изобретения расчетного соотношения при Лг х йК/4 и Л2 Z г- Z 3R/2 добавочная разность потенциалов ДУ V - УС, подаваемая на каждый из плоских электродов 3 и 4, равна

dV -ЕО ЛЕ/8,

где в рассматриваемом случае алгебраическое значение Ео70 + (отклонение частиц с отрицательным зарядом, например, электронов).

Относительные значения потенциалов цилиндрических и плоских электродов дефлектора приведены на фиг. 3.

Аксиальное фокусирующее действие предлагаемого дефлектора определяется следующим. Из уравнения Максвелла div Е О, выполняющегося в межэлектродном промежутке дефлектора, не содержащем электрических зарядов (суммарным зарядом отклоняемых частиц можно пренебречь по сравнению с зарядами электродов дефлектора, создающими ), и из уравнения Максвелла rot Е О, справедливом при отсутствии изменяющегося во времени магнитного поля, следует, что при значениях потенци.1пов дополнительных электродов 3 и 4, определяемых по

формуле (1), ради;1льный поток вектора напряженности электрического поля преобразуется в аксиальньй в зоне расположения дополнительного электрода. Ход силовых линий электрического поля показан на боковой проекции дефлектора в сечении А-А.

Интеграьльное действие аксиальной составляющей электрического поля на зароенную частицу эквивалентно действию тонкой линзы, описьшаемому из- вёстной формулой тонкой линзы л/ад + + / а 1 1/F, с фокусным расстояни- ем F RoCtg . Здесь а ;, и а - раст д:тояния от тонкой линзы до объекта и изображения, Е. - угол наклона эффективной границы электрического поля, совпадающей с линией . ВС или DE.

15

протяженности в.радиальном направлении и эквипотенциальные диафрагмы, установленные по линиям ВС и DE, не обеспечивают формирование наклонных границ электрического поля дефлектора с аксиальной составляющей и не ведут к аксиальной фокусировке частиц. В этом можно убедиться, исходя из уравнения Максвелла div Е , примененного к любому из двух основных .электродов дефлектора.

На фиг. 1 представлена схема преобразования пучка электронов, испускаемых точечным источником 5. Электростатический дефлектор обеспечивает преобразование пучка типа , точка в точку одновременно в радиальном и аксиальном сечениях дефлек- 2о тора при следующих частных значениях его параметров: угол отклонения оптической оси Ф 77,, углы наклона входной ВС и выходной DE эффективных границ д i- 5°, расстояние 25 от входной и выходной границ соответственно до источника 5 и до стигма- ,тического фокуса , Эти з-начения следуют из общих условий

емого дефлектора по сравнению с известным цилиндрическим дефлектором выражаются в существенно более высоком угловом аксептансе, особенно существенном для пучков расходящихся частиц, и в дополнительном увеличении коэффициента диспергирования в резуль- 10 тате введения наклонной выходной границы. Увеличение углового аксептанса ведет к увеличению чувствительности дефлектора и к расширению его возможностей.

Формула изобретения

Электростатический цилиндрический дефлектор заряженных частиц, содержащий помещенные в вакуумную камеру два электрода цилиндрической формы, подключенные к источнику постоянного электрического напряжения, отличающийся т-ем, что, с целью ув.еличения углового аксептанса дефлектора, внешний цилиндрический электрод имеет меньшую угловую протяженность в радиальном сечении, чем внутренний, в двух радиальных сечениях преобразования пучка траекторий типа зо дефлектора вдоль прямых, соединяющих

края электродов, установлены пары параллельных плоских дополнительных электродов в форме квадрата, соединенных с источником постоянного электри- 35 ческого напряжения через делитель

40

точка в точку в радиальном и аксиальном сечениях для симметричного варианта цилиндрического дефлектора L, L L, д 2 -. L ,

cg() (tg + R,/L)//2 .

Основные характеристики дефлектора при этом равны следующему: коэффициенты преобразований линейных и угловых размеров начального эмиттанса пучка в радиальном и аксиальном сечениях -( 1, А -1, Z2 -1, /5g 1 , аксиальный угловой аксептанс

AZ/L 0,1 рад 5,7 вместо

ь1., л (L ;j+ L + Rj,t),1 рад45 для обычного цилиндрического дефлектора, где UZc - аксиальный размер коллектора частиц, коэффициент диспергирования заряженных частиц в- зависимости от относительного значения, их электрической жесткости

Y d 2Ljtg()/(T/2)z 1,13 Ro вместо Y ji 1,00 R для обычного цилиндрического дефлектора.

50

так, что выполняется соотношение

(4Z) 8ЛГ (). о

где V - потенциал плоского электроДа, в;

Vj- - потенциал электрического цилиндрического поля в месте расположения плоского электрода, В;

Е о - алгебраическое значение напряженности электрического цилиндрического поля на оптической оси дефлектора, В/м;

AZ - расстояние между радиальными сечениями, м;

Дг - радиальный размер каждого из плоских электродов.

емого дефлектора по сравнению с известным цилиндрическим дефлектором выражаются в существенно более высоком угловом аксептансе, особенно существенном для пучков расходящихся частиц, и в дополнительном увеличении коэффициента диспергирования в резуль- тате введения наклонной выходной границы. Увеличение углового аксептанса ведет к увеличению чувствительности дефлектора и к расширению его возможностей.

Формула изобретения

Электростатический цилиндрический дефлектор заряженных частиц, содержащий помещенные в вакуумную камеру два электрода цилиндрической формы, подключенные к источнику постоянного электрического напряжения, отличающийся т-ем, что, с целью ув.еличения углового аксептанса дефлектора, внешний цилиндрический электрод имеет меньшую угловую протяженность в радиальном сечении, чем внуттак, что выполняется соотношение

(4Z) 8ЛГ (). о

где V - потенциал плоского электроДа, в;

Vj- - потенциал электрического цилиндрического поля в месте расположения плоского электрода, В;

Е о - алгебраическое значение напряженности электрического цилиндрического поля на оптической оси дефлектора, В/м;

AZ - расстояние между радиальными сечениями, м;

Дг - радиальный размер каждого из плоских электродов.

0.97

Фиг.2

RI RZ Rj RS -0.95 -0,9 OM 0,53

1,05 Vo

L-Hfi|-.-j.4h|-I

7

иг.З