Устройство для управления движением нейтральных частиц

Союз Советских Социалистицеских РеотубпикОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК ПАТЕНТУ 1 ц 668630(51) М КтН 01 5400 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(53) УДК 621.384.6 (088.8) Опубликовано 15.06.79. Бюллетень Ле 22 Дата опубликования описания 25.06.79(72) Автор изобретения Иностранец Артур АшкинИностранная фирма Вестерн Электрик Компани Инкорпорейтед(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕН 11 ЕМ НЕЙТРАЛЪНЪХ ЧАСТИЦИзобретение относится к технике физических экспериментов и может быть использовано при моделировании взаимодействия микрометеоритов с поверхностями конструктивных материалов, в технологии и т.д.Известно, что свет оказывает давление на частицы 1. Однако способы ускорения нейтральных частиц разработаны относительно слабо, и эффективность используемых при этом устройств невысока.Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для управления движением нейтральных частиц, содержащее рабочую камеру и источники оптического излучения 2). Это устройство также обладает отмеченным выше недостатком, особенно применительно к макрочастицаи.Целью изобретения является повышение эффективности управления движением макрочастиц.Цель достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено, по крайней мере, одним управляющим источником расходящегося луча когерентного излучения с длиной волны, не превышающей поперечного сечения указанных макрочастиц. Кроме того, оно снабжено, по крайнеймере, парой управляющих источников излучения с лучами, имею;цимц обгцую ось ц цаправлецнымц навстречу друг к дрязгу, ц веду 1 цим управля 1 огццм источником цзлуче ния, ось луча которого пересекает осп лучейуказанной пары управляющих источников; рабочая камера снабжена рядом линз с центральными отверстиями, установленными вдоль оси луча ведугцего управляюгцего источника; рабочая камера снабжена сцсте 1 амами откачки газа цз нее ц напуска в нее необходимых газов; ведущий управляющий источник излучення выполнен в виде генератора луча с минимумом плотности потока излучения на осц; устройство снабжено 5 средствами для ввода в рабочую камеру, цокрайней мере, одного дополнительного луча когерентцого излучения, ось которого составляет острый угол с лучом упомянутого ведущего источника; для обеспечения вращения частиц, по крайней мере, один цз управляющих источником выполнен в виде генератора луча с круговой поляризацией, а рабочая камера снабжена устройствах ч для детектирования вращения частиц.На фиг. 1 изображена общая схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - схема силового воздействия луча на частицу, ца фиг. 3 - вариант устройства с линзами, на фиг. 4 - вариант устройства для вращения частиц.Устройство состоит (фиг. 1) из рабочеи камеры 1, в которой размещены управляющие источники 2 - 6 раходящихся лучей когерентного излучения, устройства для ввода в камеру частиц 7, мишени 8, на фиг. 1 показаны также частицы 9 и средства от качки 10.Устройство работает следующим образом.После того, как частица введена и помещена в нужную точку камеры, с помощью15 пар источников 2, 4 и 3, 5 подвешивают частицу, т.е. создают для нее устойчивую потенциальную яму или, иными словами, уравновешивают все силы, действукццие ца частицу. Затеч включают ведущий источник 6, который создает луч, захватывающий и ус коряюший частицу, например в направлении мишени.Возможность уравновешения внешних сил и созданий устойчивой потенциальной ямы видна ца фиг. 2, где показана схема15 сил, действующих на частицу. Излучение ца частицу падает по стрелке А. Рассмотрим случай, когда поток осесимметричен и поперечное (по стрелке Б) распределение плотности светового потока имеет вид, показанный с помощью кривой Г 50Пусть для простоты на частицу падает параллельный луч света. Рассмотрич лучи а, б и в. При незначительной поглошакпцей способности основной поток света частично отражается от поверхности частицы в направлении, показанном пунктирной стрелкой и частично проходит через цее и выходит в виде луча а. На фиг. 2 изображен случай, когда коэффициент преломления материала частицы Й больше коэффициента преломления среды в рабочей камере. 40В результате отражения частицей света на нее в месте подхода луча а к поверхности частицы действуют силы Ео, Го. Кроме того, из-за изменения направления светового пучка в частице появляются силы Ги Я. Если частица не поглощает света и обладает низким коэффициентом отражения, то поперечные силы Е и Р существенно больше сил Ео, причем их радиальные компоненты складываются. Очевидно также, что радиальная составляющая силы от луча б, где интенсивность светового потока ниже, меньше. Соответственно этому появляется результирующая сила, перемещающая частицу к центру пучка света.Если частица обладает высоким коэффициентом отражения, то, наоборот, основ.нои становится сила, возникаю 1 цая в месте падения луча на частицу. При изображенном распределении интенсивности светового потока такая частица выталкивается из пучка. Поэтому, чтобы удержать ее в пучке, необходимо иметь распределение с минимучом в центре пучка.Отмеченные обстоятельства позволяют с помощью лучей света уравновешивать частицы. Так, с помощью одного луча можно удерживать частицу в равновесии, если направить ведущий луч света против равнодействующей всех остальных сил, действующих на частицу, и подобрать интенсивность пучка такой, чтобы продольная сила радиации равнялась по величине указанной равнодействующей. Очевидно также, что с помощью двух и более лучей можно построить в области пересечения устойчивую потенциальную я.чу. Можно также построить ее в виде желоба, создавая пучки света, составляющие небольшой угол с выбранным направлением. Эти же обстоятельства определяют работоспособность и эффективность устройства, выполненного в соответствии с данныч изооретением, а именно: источники 2 - 5 как уже отмечалось, используются для удержания частицы в данной точке, а источник 6 - для сообщения движения частицее.При начальной установке частицы в исходное положение оказалось целесообразным ввести газовое демпфирование. Для,регулирования степени демпфирования изменением давления в устройстве предусмотрены,системы откачки рабочей камеры, которая в этом случае становится вакуумной качерой - после установки частицы в потенциальной яме газ может оыть полностью огкачец и вктючен ведущий источник излучен яУскорение частиц до больцих скорое;:й требует, естественно, больших длин. Поэточу для ооеспечения высокой эффективности ускорения с помощью одного и того же ве. ду щего источника (см. фиг. 3) применяется набор фокусирующих линз 11, установленных последовательно по направлению пучка, используемого для ускорения.Фокусировка может быть обеспечена, как уже отмечалось, и с помощью совокупности лучей когерентного излучения с направлением, составляющим малый угол с направлением ускоряющего пучка.Подвешенную частицу можно не только ускорять, но и вращать. Для этого достаточно источники, используемые для удержания частицы, например 2 и 4, (см. фиг. 4) выполнить в виде генераторов с круговой поляризацией света. При этом частица долж на частично поглощать излучение.При ускорении или вращении частицы, естественно, необходимы средства детектирования положения, скорости движения или скорости вращения, а также средства управления работой источников излучения, что также повышает эффективность управления.668630 Формула изобретения Рцг сИспытания устройства, выполненного согласно изобретению, показали хорошую работоспособность и широкие технические возможности этого устройства. В частности, они показали эффективность применения устройства для удержания в фиксированной тоцке цастипы, разогреваемой специальным лазером, либо с целью получения точечного источника теплового излучения, либо с целью испарения частицы, нанесения испаренного материала на подложку.1 о 1. Устройство для управления движением нейтральных частиц с помощью пучков оптического излучения, содержащее рабоцую камеру и источники излучения, от,гичающееся тем, цто, с целью повышения эффективност;. управления движением микроцастиц, оно снабжено, по крайней мере, одним управляющим источником расходяшегося луца когерентного излучения с длиной волны, не превышаюшей поперечного сечения указанных макроцастиц.2. Устройство по п. 1,г отличающееся тем, цто оно снабжено, по крайней мере, парой управляюших источников излучения с лучами, имеюшими обшую ось и направленными навстречу друг друу, и ведущим управляюшим источником излучения, ось пуцка которого пересекает оси лучей указанной пары управляюших источников.зо3. Устройство по и. 2, отличающееся тем, цто рабочая камера снабжена рядом линз с центральными отверстиями, установленными вдоль осп пуцк ггмяггутогг ведупего управляюгпего ггстнгпка.4. Устройство гго гг. 1, от.гггчагггггеес,г тем, цто рабочая камера снабжена системами откачки газа из нее н напуска в нее необходимых газов.5. Устройство по п. 2, отлпчающеесч тем, цто, с целью повышения эффективггости управ. пения движением цастип с высок м коэффициентом отражения, веду ший источник излучения выполнен в виде генератора луча с минимумом плотности потока изгг- цения на оси.6. Устройство по и. 2. гг.гггчагггггееся тем, цто оно снаожено средс пями для ввода в рабочую камер го крайн. и мере. одного до 1 г,нг .: н гу ц; гя ерентного излуцения. гсь ггргго составляет острый угол с л 1 цом упохгягхтого ведушего источника.7. Устройство по и. 1, от.гичающеея тем, цто, с целью обеспечения врагцения цастпп, по крайней мере, один из управляюних пстоцников выполнен в виде генератора л 1 ца с круговой поляризацией, а рабочая камера снабжена устройствами для детектирования вращения цастип. Источники информации. принятые во внимание прн экспертизе1. Лебедев Г. Н. Собрание сочинений, .Ч., изд. ЛН СССР, 1953, с. 30.2. Райнберг Я. Б. и др. К теории метода хскорения с помошью давления света, в книге Теория и расчет линейных ускорителей, М., 1962, с. 167.СоставительТехред О. ЛуговТираж 922И Государственного кделам изобретений иоскв а, Ж - 35, РаушсПатент, г. Ужгород митетаоткрыт ая набул, П орректор Гн. ГорнаПодписноеСССР