Комбинированная электростатическая призма Советский патент 1978 года по МПК H01J39/34 

1

Изобретение относится к технике анализа заряженных частиц по энергиям или массам и может быть исиользовано в электронной спектроскопии и масс-спектроскопии.

Известны электростатические призмы, применяемые в анализаторах заряженных частиц по энергиям или массам, в которых либо каждая из граней призмы, либо призма в целом представляет собой телескоппческую систему 1. В первом с.лучае используются спстемы электродов, создающие двумерные (не зависящие от одной из декартовых коордииат) поля, а во втором- системы электродов, образующие конические поля, которым соответствует распределение потенциала, зависящее в сферической системе координат только от угловых перемениых.

Для упрощения конструкции призменных анализаторов и их настройки целесообразно использовать симметричные иризмы, т. е. призмы с электродной системой, симметричной относительно средней нлоскости и перпендикулярной к цей плоскостн раздела граней призмы, и распределением потенциала, обеспечивающим симметричный ход осевой траектории относительно плоскости раздела. Применение таких нризм позволпло создать анализаторы, обладаюиию объемкой фокусировкой и малыми аберрациями в направлении дисперсии.

Известна комбинированная электростатическая призма, состоящая из двух нризм, в каждой из которых система электродов, образующих грани призмы, симметрична относительно средней нлоскости, общей для обеих ирнзм, и перненднкулярной к ней плоскости раздела граней 2.

Такое техническое решение обеспечивает уве.шчепие дисперси призменных анализаторов при ограниченных величинах ускорсння и замедления и представляет собой иос.:1едовательное включенне двух или более симметричных нризм. В этом случае диснерсия комбинированной призмы равна сумме дисперсий составляющих ее призм. Однако габариты такой призмы возрастают пропорционально ее днснерсни, что является недост;ггком изнестной нризмы.

Цель 1зобретення - увеличение угловой дисперсии но энергии частиц и сокращение размеров.

Это достигается гем, что одна из нризм размещена между гранями другой так, что плоскости r) совпадают.

На чертеже показана комбинация из двух пят)1:)лектродных призм с двумерным полем в проекцин на нлоскость симметрик, один из возможных вариантов призмы.

Система электродов 1-9 образует грани призм.

Входная и выходная грани внешней призмы образованы электродами I, 2, 3 и 7, 8, 9, а внутренней призмы - электродами 3, 4, 5 и 5, 6, 7 соответственно. Электроды 3 и 7 - общие для внешней и внутренней призм.

Каждый электрод представляет собой пару металлических пластин, симметричных относительно плоскости x,z. Система электродов симметрична относительно плоскости раздела граней, перпендикулярной к плоскости KZ и пересекаюш,ей эту плоскость по оси к. Электроды 1 и 9 находятся под потенциалом УЬ электроды 3 и 7 - под потенциалом Уд, а электрод 5 - под потенциалом УЗ- Потенциалы на электродах 2, 4, 6, 8 выбираются такими, чтобы обеспечить телескопичность каждой грани. Потенциалы, как принято в призменной оптике, считаются равными нулю там, где скорость заряженных частиц равна нулю. Размеры электродов системы выбираются такими, чтобы исключить взаимное наложение полей соседних граней, а также обеспечить двумерность поля в области прохождения нучка. Пунктиром на чертеже показаны эффективные плоскости преломления граней. Угол падения луча на входе во внешнюю призму и равный ему угол выхода из нее обозначены через вь а угол падения на внутреннюю нризму и угол выхода из нее - через вз. 62 - угол преломления на выходе из входной грани внешней призмы и угол падения на ее выходную грань. 84 - угол преломления на выходе из входной грани внутренней призмы и угол падения на ее выходную грань.

Внешняя и внутренняя призмы ориентированы так, что величина угла отклонения луча непрерывно возрастает по мере прохождения поля призмы. Угловая дисперсия предлагаемой комбинированной нризмы определяется выражением

. sign :. (1)

dV.

S п2в1

где

:tg0,

D,

V

.-tge3f -l з

- дисперсии каждой из составляющих призм. При включении этих призм последовательно абсолютная величина дисперсии комбинированной призмы была бы равна сумме величин /Di/ и . В связи с тем, что множитель, стоящий перед в выражении (1) может быть сделан много больше 1, дисперсия предлагаемой комбинированной призмы может принимать значение на много больше, чем /Т),/ и . Так при в, 80°, вг 45°, вз 20° и 64 75°, что

соответствует 0,515 и - 7,976,

2Vs

дисперсия предлагаемой комбинированной призмы D 10,175 при максимальном ,

корении -- 2 и максимальном замедлеZL

4. При последовательном вклюНИИ

V,

чении призм, составляющих комбинированную, призму, общая дисиерсия /Di/ + 2,750 + 2,,290, максимальное ,

корение-- Ч, а максимальное замедлеVi

2о П

ние -т- 8. Полный угол отклонения луча

(е, + е,-в,-вз)

в приведенном примере равен 180°. При использовании такого угла отклонения удается создать компактный призменный анализатор. Дисперсия симметричной комбинированной призмы приблизительно в два раза больще дисперсии двух последовательно включенных призм при одинаковых размерах.

Формула изобретения

Комбинированная электростатическая призма, состоящая из двух нризм, в каждой из которых система электродов, образующих грани нризмы, симметрична относительно средней плоскости, общей для обеих призм, и перпендикулярной к ней плоскости раздела граней, отличающаяся тем, что, с целью увеличения угловой дисперсии по энергии частиц и сокращения размеров, одна из призм размещена между гранями другой так, что плоскости раздела граней совпадают.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Кельман В. М., Явор С. Я. Электронная оптика. «Наука, с. 402, 1968. 2. Там же, с. 412.