Спектрометр пучков заряженных частиц

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИНЯО) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЬСТВУ К АВТОРСКОМУ СВ г, а,=г, а где Г внутреннегоческого элек цилиндрического зеркаа и системы из двух аскадов электростатиеского цилиндрического зеркала и расположенного между каскадами сферического электростатического зеркала. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(72) В.В. Зашквара и Б.У. Ашимбаева (71) Институт ядерной физики АН Каз ССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР 11) 600638, кл. Н 01 7 49/22, 1976.2, Авторское свидетельство СССР У 175584, кл. Н 01 3 49/48, 1965 (прототип).(54)(57) СПЕКТРОЯЕТР ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ, содержащий последовательно расположенные источник частиц два электростатических цилиндрических зеркала и детектор частиц, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности энергоанализатора и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения воэможности анализа масс, второе электростатическое цилиндрическое зеркало выполнено из двух каскадов, между которыми расположено сферическое электроста"(5 ц 4 Н 01,7 49/481 Н 01 Л 49/40 тическое зеркало, а на выходе второго электростатического цилиндрического зеркала помещен модуляторпучка частиц, соединенный черезкоммутатор с источником напряжения,при этом радиусы внутренних цилиндрических электродов комбинированнойсистемы и цилиндрического зеркалаудовлетворяют соотношению- радиусыцилиндритрода,- кубическая угловаяаберрация соответственно электростатического5 О анализа масс.Цель достигается тем, что в спектрометре пучков заряженных частиц, содержащем последовательно расположенные источник частиц, два электроИзобретение относится к спектроскопии пучков заряженных частиц и может быть использовано для построения энерго- и масс-анализатора высокой чувствительности. 5Известен спектрометр пучков заряженных частиц для энергоанализа, содержащий источник, цилиндрическое зеркало и приемник.Зтот прибор обладает свойством угловой фокусировки второго порядка, Размытие иэображения в фокусе в этом случае определяется угловыми аберрациями третьего и четвертого порядков, С ростом угловой расходимости пучка 5 заряженных частиц наибольший вкладГв размытие изображения вносит кубическая угловая аберрация, ограничивающая разрешающую способность и, тем самым, чувствительность спектромет О ра Г 11.Для масс-анализа известный спектрометр не применялся.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является 25 спектрометр заряженных частиц, со-. держащий последовательно расположенные источник частиц, два каскада цилиндрических зеркал, в промежуточном фокусе которого установлено кор- ЗО ректирующее электронное зеркало для инвертирования траекторий и детектор. Устройство может работать. как ахроматор и как энергоанализатор. При определенной форме линии отражения инвертирующего зеркала в данном устройстве, работающем как энергоанализатор, возможна компенсация кубической угловой аберрации и, следовательно, угловая фокусировкатретьего порядка 2 .Недостатком этого устройства является большая сложность изготовления сеточных электродов инвертирующего зеркала, обеспечивающих 45 с заданной точностью изменение у 4 ла наклона траектории между каскадами цилиндрических зеркал, и невозможность масс-анализа.Цель изобретения - повышение чувствительности энергоаналиэа и расширение функциональных особенностей за счет обеспечения возможности статических цилиндрических зеркалаи детектор частиц, второе электростатическое цилиндрическое зеркаловыполнено двухкаскадным, между каскадами которого расположено сферическое электростатическое зеркало,а на входе второго электрическогоцилиндрического зеркала помещенмодулятор пучка частиц, соединенныйчерез коммутатор с источником напряжения, при этом радиусы внутреннихцилиндрических электродов комбинированной системы и цилиндрическогозеркала удовлетворяют соотношению где г , Г - радиусы внутреннего. цилиндрического электрода,ОП, - кубическая угловая аберрация соответственнокомбинированной системы и цилиндрическогозеркала.Объединив цилиндрическое зеркалос комбинированной системой, можноувеличить чувствительность масс-анализа,На чертеже представлена схемапредлагаемого спектрометра.Спектрометр содержит цилиндрическое зеркало 1, комбинированную систему из двух каскадов цилиндрического зеркала 2 с промежуточным сферическим зеркалом 3 внутреннийэлектрод 4 цилиндрического зеркала,находящийся под потенциалом Земли,внешний электрод 5 цилиндрическогозеркала, на который подается отклоняющий потенциал, внутренний электрод б двухкаскадного цилиндричес-кого зеркала, находящийся под потенциалом Земли, внешний электрод 7двухкаскадного цилиндрического зеркала, на который подается отклоняющий потенциал, внутренний электрод8 сферического зеркала, на которыйподается отклоняющий потенциал,внешний электрод 9 сферическогозеркала, находящийся под потенциаломЗемли детектор 10, модулятор, представляющий собой систему из двух концентрических сферических электродов11 из прозрачной сетки, соединенныхчерез переключатель с источникомимпульсного напряжения,970511 до квадрата угловой расходимости,причем коэффициент кубической угловой аберрации положителен и по ве"личине сопоставим с кубической угловой аберрацией цилиндрическогозеркала 1 в режиме угловой фокусировки второго порядка. Так как знакикубических угловых аберраций цилиндрического зеркала 1 и комбинирован- О ной системы противоположны, то можно использовать комбинированную систему ч качестве корректора для устранения кубической угловой аберрациицилиндрического зеркала. Для этого 5 необходимо подобрать соотношениерадиусов внутреннего электрода 4цилиндрического зеркала 1 и внутреннего цилиндрического электрода 6 комбинированной системы так, чтобы аб солютные значения коэффициентов кубической угловой аберрации были равны,т.е. 1 О 1 ГО Спектрометр пучков заряженных частиц работает следующим образом.Для энергоанализа. Пучок заряженных частиц от источника (не показан) поступает в поле цилиндрического зеркала 1, отражается и Фокусируется с отрицательной кубической угловой аберрацией на вход комбинированной системы. При прохождении пучка через комбинированную систему зеркал от рицательная угловая аберрация цилиндрического зеркала 1 компенсируется положительной угловой аберрацией комбинированной системы и в детектор 10 поступает пучок заряженных частиц с угловой фокусировкой третьего порядка.Для масс-анализа. Пучок заряженных частиц после прохождения цилиндрического зеркала 1 монокинетизируется, в результате в комбинированную систему поступают заряженные частицы из узкого энергетического интервала первоначального спектрального распределения. На входе в комбинирован ную систему помещены два сферических концентрических электрода 11 из металлической сетки высокой прозрач.ности, соединенные через переключатель с источником импульсного на О пряжения (не показаны). Между электродами 11 периодически создается запирающее пучок электростатическое поле. Воздействием напучок периодически меняющегося электростатичес-кого поля формируются короткие по временной протяженности пакеты заряженных частиц. В момент формирования каждого пакета запускаются электронные часы, с помощью которых 4 О регистрируется время пролета через . комбинированную систему различных по массе частиц в детектор 10. Последовательно настраивая цилиндрическое зеркало 1 и комбинированную сис тему на пропускание частиц различной энергии, можно измерить функцию спектрального распределения и по массам и по энергии.1 Проводят исследования электронно О оптических свойств комбинированной системы из двух каскадов цилиндрического зеркала 2 с промежуточным сферическим зеркалом 3.Комбинированная электростатичес кая система является ахроматором (продольная дисперсия по энергии равна нулю), фокусирующим с точностью где а, и а - кубическая угловаяаберрация;" и г - радиусы внутреннегоцилиндрического электрода соответственнодвухкаскадного и одно-,каскадного цилиндрических зеркал .Из расчетов следует, что кубическая аберрация комбинированной системы примерно вдвое больше, чем у цилиндрического зеркала 1, Следовательно, согласно формуле (1) радиус внутреннего электрода цилиндрического зеркала должен быть примерно вдвое больше, чем радиус внутреннего цилиндрического электрода системы.Из рассмотрения свойств комбинированной системы установлено, что траектории заряженных частиц одинаковой массы и энергии в этой системе зеркал являются изохронными с точ" ностью до квадрата угла расходимости пучка. В режиме изохронных траекторий время пролета заряженных частиц с одинаковой кинематической энергией, но различных по массе отличается, Это свойство позволяет использовать комбинированную систему из двух каскадов цилиндрических зеркал и промежуточного сферического зеркала для светосильнбго времяпролетного970511 6и промежуточного сферического зеркала - позволяет получить новый положительный эффект, а именно устранитькубическую угловую аберрацию иобеспечить высокочувствительныйэнергетический и масс-анализ пучковзаряженных частиц. абин Тираж 679НИИПИ Государственногпо делам изобретений13035, Москва, Ж, Р з 5764/ Подписноекомитета СССРи открытийаушская наб д,Патент" ал масс-анализа монохроматиэированныхпучков заряженных частиц. Таким образом, новое совокупноеприменение цилиндрического зеркалаи комбинированной системы из двухкаскадов - цилиндрического зеркала едактор О.Юркова Техре Корректор М,Максимишинец Ужгород, ул. Проектная