ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ОТКЛОНЯЮЩАЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯСИСТЕМА Советский патент 1972 года по МПК H01J49/00 

Устройство относится к технике бета-массспектрометрии и предназначено для использования в качестве отклоняюндего элемента, обладающего дисперсией по энергии.

Известны четырехэлектродные электростатические отклоняющие телескопические системы, образованные цилиндрическими линзами. В таких системах аберрации в направлении, перпендикулярном дисперсии, могут быть меньше, чем в трехэлектродных системах. В частности, сферическая аберрация в четырехэлектродных системах может быть в 10- 15 раз меньще, чем в трехэлектродных системах цилиндрических линз, при той же дисперсии и при тех же размерах электродов, что и у последних. Однако полностью устранить сферическую аберрацию электростатических отклоняющих телескопических систем из цилиндрических линз не удается. Аберрации приводят к некоторой потере светосилы прибора, в котором работает отклоняющая телескопическая система. Кроме того, наличие аберраций в направлении, перпендикулярном диснерсии, вызывает аберрации более высокого порядка в направлении дисперсии отклоняющей телескопической системы. Последние могут ограничивать разрещающую снособность приборов.

ских отклоняющих телескоцических систем в направлении, пернендикулярном дисперсии, и связанных с ней аберраций в па-правлении дисперсии.

Цель достигается благодаря тому, что отклоняющая телескопическая система составлена из последовательно расположенных цилиндрических линз и цилиндрического зеркала, компенсирующего сферическую аберрацию линз в направлении, перпендикулярном дисперсии. В системе достигается полная компенсация сферической аберрации, так как линзы и зеркало нри определенных условиях имеют собственные сферические аберрации, равные по величине, но противоположные по знаку. Конструкция отклоняюш.ей телескопической системы при этом ие усложняется.

На фиг. I изображена предлагаемая электростатическая телескопическая система в общем виде; на фиг. 2 - траектория заряженных частиц, движущихся в средней плоскости XZ системы; на фиг. 3 - проекции на плоскость yz траекторий частиц, падающих параллельно средней плоскости на различных расстояниях от нее.

Электростатическая отклоняющая телескопическая система состоит по крайней мере из трех пар параллельных пластин (форма пластин показана на фиг. 2). Каждая пара пластин, симметрично расположенных относительно средней плоскости, находится по-д общим потенциалом и представляет собой один из электродов системы. Электрод 1 находится под потенциалом Ф, электрод 2 - под потенциалом Ф2, электрод 3 - под потенциалом Фз. Электроды 1 тл 2 образуют электростатическую цилиндрическую линзу, а электроды 2 и 3 - электростатическое цилиндрическое зеркало. Потенциалы на электроды поданы так, что выполняются неравенства:

е(Ф2 - i-sin20i)0; е(фз -Ф1.зш201)0,где е - заряд частицы. Принято, что потенциал равен нулю там, где скорость частицы равва нулю, т. е. еФ1 равиа энергии падающих частиц. Размеры электродов в направлении оси X выбраны такими, чтобы в области движения заряженных частиц поле было двумерным с высокой степенью точности.

Заряженные частицьг, движущиеся в средней плоскости, образуют в свободном от поля пространстве перед поступлением в систему угол GI с осью 2. После прохождения поля цилиндрической линзы пучок разлагается по э нергии в соответствии с формулой

sinOg sinOiT/ -

Как видно из (1), для каждой группы частиц с одной энергией Ф} угол 01 один и тот же. После прохождения линзы плоский пучок перестает быть параллельным. Разложенный пучок достигает плоскости поворота , определяемой из соотнощения Ф(гп) Ф1-з1п201, и выходит из системы в свободное от поля пространство с потенциалом ФгТаким образом, на второй щели происходит отражение частиц. Вследствие равенства углов падения и отражения угловой разброс по энергии, возникший после прохождения линзы, сохраняется и после прохождения

Дисперсия по энергии системы

rf82. tgSa / 11

(2)

ЙФ12 V0i02

Если на систему падает параллельный объемный пучок частиц, то после прохождения линзы он расходится в направлении, перпендикулярном средней плоскости, из-за фокусирующего действия линзы. Зеркало устраняет эту расходимость в параксиальном приближении совмещением фокальных плоскостей линзы и зеркала, система становится телескопичной. Для того чтобы устранить сферическую

аберрацию системы, необходимо параметры зеркала подобрать такими, чтобы его постоянная сферическая аберрация была численно равна постоянной сферической аберрации линзы. При этом сферическая аберрация цилиндрической линзы и цилиндрического зеркала взаимно компенсируются. Условия, при которых достигается компенсация, определяют в каждом случае путем численного интегрирования уравнений движения заряженных частиц. При выполнении этих условий падающий на систему объемный параллельный пучок остается параллельным (для частиц одной энергии) не только в параксиальном приближении, но и с учетом аберраций. При этом

равенства (1) и (2) выполняются точно, т. е. в направлении дисперсии система не вносит искажений.

Предмет изобретения

Электростатическая отклоняющая телескопическая система, обладающая дисперсией по энергии, содержащая цилиндрические линзы, отличающаяся тем, что, с целью полного устранения сферической аберрации в направлеНИИ, перпендикулярном дисперсии, и связанных с ней аберраций в направлении дисперсии, она выполнена в виде последовательно расположенных цилиндрических линз и цилиндрического зеркала.