Электростатический энергоанализатор Советский патент 1990 года по МПК H01J49/44 

Си

сп

о ел

00

Изобретение относится к аналитическому приборостроению,, а более конкретно к технике разделения и анализа по энергии пучков заряжен- Йых частиц, и может быть использовано также в масс-спектрометрии для Достижения фокусировки по энергии.

Целью изобретения является одновременное увеличение дисперсности и разрешающей способности.

На фиг. 1 представлен многокас™ садный энергоанализатор со щелями

виде частей колец, проекция на реднюю плоскость; на фиг. 2 - то же роекция на плоскость, перпендику™ ярную к средней; на фиг. 3 - мно- окаскадный энергоанализатор со ще- ями в виде колец и частей колец, роекция на среднюю плоскость: на сшг. 4 - то же, проекция на плос- ;ость, перпендикулярную к средней Электростатический энергоанали™ 1атор (фиг. 1 и 2) состоит из источ- ика 1 заряженных частиц, их прием- йика 2, двух параллельных разрезных щластин 3 и 4, разделенных щелями i виде частей колец со средними ра иусами R - R на электроды 5-9, и эк )ана 10, исключающего попадание заряженных частиц непосредственно из источника в приемник. Каждый из Электродов 5-9 состоит из двух одинаковых по форме и величине участков верхней 3 и нижней 4 пластин„ $ти участки расположены симметрич- фо относительно средней плоскости и Электрически соединены между собой Потенциалы на электродах должны быт Подобраны так., чтобы обеспечить тре Фуемое отклонение пучка, прохождени иго по всем каскадам и фокусировку частиц в нужных местах. Щели образуют четыре группы, в каждой из которых центры щелей лежат на общей оси Перпендикулярной к поверхностям пластин 3 и 4„ Центры щелей первой Группы лежат на оси 0 , второй - Q,i Третьей - Oj, четвертой -- 0, Каждой группе щелей соответствует один каскад анализатора. Каскады разделены свободными от поля промежутка-ми. Ход осевой траектории 11 анали- $ируемого пучка показан на фиг, 1. Электростатический энергоанали- |атор, изображенный на фиг 1 и 2 работает следующим образом.

Выходящий из источника 1 пучок заряженных частиц с определенной

энергией, на которую настроен анализатор, попадая в поле первого по ходу пучка каскада, отклоняется им и фокусируется между первым и вторым каскадами, образуя промежуточное изображение 12. Это изображение совмещено с передним главным фокусом второго каскада, который формирует поэтому

параллельный пучок в промежутке между вторым и третьим каскадами. Третий каскад собирает пучок в заднем главном фокусе 13, а четвертый каскад фокусирует его в плоскости щели

приемника 2, Частицы других энергий отклоняются иначе и в щель приемника не попадают. Изменяя энергию настройки анализатора, можно снять энергетический спектр. Чтобы дисQ персия по энергии накапливалась от каскада к каскаду, должно выполняться следующее правило: в том случае, когда пучок между двумя соседними каскадами параллелен, они должны

5 отклонять его в одну и ту же сторону, если пучок собирается в промежуточный фокус - в разные. Линейная дисперсия по энергии анализатора, показанного на фиг. 1 и 2, определиется равенством D (D + 2D.j) пц + + D, где D и Оц. - линейные дисперсии по энергии первого и четвертого каскадов; 2D -- суммарная дисперсия идентичных второго и третьего каскадов , m 4 - линейное увеличение чет5 вертого каскада. Линейные увеличения первого тп( ,и четвертого т каскадов связаны равенством т, 1/т4 поэтому линейное увеличение всего прибора - 1 „ Значения D(, D, D4, m

0 могут быть вычислены по формулам для аберрационных коэффициентов. Расчеты,выполненные на БЭСМ-6, показали, что в рассматриваемой системе с R4 5sOOd; R 6,36d; %

5 10,00d; R4 11,29 d при отклонении бсевой траектории пучка в каждом из каскадов на 90° и достижении фокусировки второго поряцка по углу расходимости пучка D, 18,4 d; 2D3

0 37,6 d; D4 41,1 d; m4 2,23. Следовательно,, D 166,0 d; d расстояние между электродными пластинами. В то время, как в прототипе дисперсии отдельных каскадов просто

д складываются, в предлагаемом устройстве дисперсии первых трех каскадов еще множатся на увеличение последнего каскада, а поэтому дисперсия анализатора D достигает очень боль5 i

ших значений. Это обстоятельство, а также тот факт, что сферическая аберрация второго порядка скомпенсирована, позволяет создать прибор с очень высокой разрешающей способностью.

Многокаскадный электростатический энергоанализатор, изображений на фиг. 3 и 4, также состоит из источника 1, приемника 2 и двух электродных пластин 3 и 4, разделенных кольцевыми щелями с радиусами R,, и R2 и щелями в виде частей колец с радиусами R на электроды 5-8. Центры щелей лежат на осях . Осевая траектория пучка заряженных частиц обозначена на фиг. 3 позицией 11.

Энергоанализатор, показанный на фиг. 3 и 4, работает подобно описанному. Вышедший из источника пучок заряженных частиц четыре раза входит в поле электродов 5-7, отражается и выходит из него (четыре каскада) и три раза отражается в поле электродов 5 и 8 (еще три каскада), после чего попадает в приемник. Дисперсия всех семи каскадов суммируется D 4 D, + 3 Вг, где D,, - линейная дисперсия каскадов, связанных с полем электродов 5-7, a D4 - каскадов с электродами 5 и 8. При Rj 5,00 d; R4 6,34 d; R3 19,96 d и отклонении осевой траектории в поле электродов 5-7 на угол 90,0 поле электродов 5 и 8 164,4° D 2299 d; D 26,8 d; D - 172 d. Преимуществом многокаскадного анаfft

505896

лизатора (фиг. 3 и 4) является его исключительная компактность.

Предлагаемое выполнение многокаскадных энергоанализаторов позволяет повысить их дисперсию по энергии, а следовательно, и разрешающую способность. В энергоанализаторе, изображенном на фиг. 1 и 2, при га- баритных размерах 560 х 230 х 10 мм D 1660 мм, в анализаторе, изображенном на фиг. 3 и 4, D 1720 мм достигается при габаритных размерах 300 х 280 х 10 мм5. Поскольку в предлагаемом устройстве источник вынесен за пределы электродной системы на достаточное расстояние, на его размеры и конструкцию не налагается никаких ограничений.

10

15

20

ормула изобретения

Электростатический энергоанализатор, содержащий источник, приемник заряженных частиц и электродную систему из двух плоскосимметричных параллельных одна к другой разрезных пластин со щелями, причем симметричные участки в каждой из разрезных пластин попарно электрически соединены и изолированы от других участков, отличающийся тем, что, с целью одновременного увеличения дисперсии и разрешающей способности, в каждой из двух разрезных

пластин щели выполнены в форме колец или частей колец, причем по крайней мере часть щелей выполнены кон-центрическими .

Оз

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к технике разделения и анализа по энергии пучков заряженных частиц. Целью изобретения является одновременное увеличениие дисперсии и разрешающей способности. Электростатический энергоанализатор содержит источник 1 заряженных частиц, их приемник 2, две параллельные разрезные пластины 3, 4, разделенные щелями в виде частей колец на симметричные участки, и экран. Вблизи кольцевых щелей частицы отражаются и далее фокусируются и разделяются по энергиям. Потенциалы на попарно симметричных участках одинаковы. Дисперсии первых трех каскадов уменьшаются на увеличение последнего каскада и поэтому могут достигать очень больших значений при высоком качестве пространственной фокусировки. 4 ил.

фив.1

Составитель К.Меньшиков Редактор Т.Парфенова Техред М.Ходанич v Корректор С .Шекмар

Заказ 277

Тираж 395

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное