Электростатическая линза

)5 Н 05 Н 7/00 РЕТ ТЕЛЬСТВУ ронная оп иборы. М,к ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕ.(54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ЛИНЗА (57) Изобретение относится к элект. ронной оптике и может быть использовано в ускорительной технике. Цель изобретения - увеличение предела энергии фокусирующих частиц и изменение напряжения источниха питайия. Центральный электрод (Э) 2 содержит нити, .образующими веретеннообраэный Э.Ни- " ти веретеннообразного электрода полностью или частично находятся внутри Э 1, .Концы нитей могут быть закреп" лены на металлической спице центрального Э 2. Последний может быть вы,801356949 А 1 полнен в виде двух колец, размещенных по краям линзы. При этом нити пересекаются в геометрическом центре лин зы. Нити могут быть скреплены замкнутой металлической нитью, имеющей форму многоугольника с вершинами в точках соединения нитей, При этом Э 1 могут быть выполнены секционированными. Для повышения тока частиц путем увеличения числа пучков линза выполнена многоканальной. Конструкция линзы заставляет частицы пучка (Ч) 6, проходящие между нитями веретенообразного Э и внутренней поверхностью Э 1, испытывать направленное к оси действие сил электрическогополя, возникающего за счет разности потенциалов на этих Э. Суммарный поперечный импульс для Ч, проходящих вблизи оси, уменьшается до нуля с уменьшением их расстояния до оси. Поскольку поперечный импульс с увеличением расстояния от оси растет, могут быть реализованы условия, при которых все Ч фокусируются в фокальной области или вообще в одной точке. б з,п. ф-лы, 8 ил,949 1 135 бИзобретение относится к электронной оптике электроннолучевых прибо".ров и -может быть использовано в ускорительной технике при создании инжек 5торов заряженных частиц с энергиямидо сотен ИэВ и каналов их транспор,тировки,Целью изобретения.является увеличение предела энергии фокусируемых 10частиц и уменьшение напряжения источника .питания при сохранении эффективности фокусировки, улучшение фокусировки за счет устранения хромати- .ческих аберраций, а также расширение 3 Бфункциональных возможностей линзы засчет одновременной регистрации токаи положения центра тяжести пучка иновышенйе тока частиц за счет увеличения числа пучков. 20На фиг. 1 изображена лииза с проволочным электродом веретенообразнойформы: на фиг. 2 - линза с проволочным электродом. в виде конусов с общейвершиной; фиг. 3 иллюстрирует методику расчета оптимальной формы электродов для этого варианта; на фиг. 4нормировочная зависимость для определения этой формы; на фиг. 5 - характерные зависимости токопрохождения 30частиц от числа линз; на фиг. 6 -линза с одним из электродов, выполненным в виде коллектора тока вторичных электродов; на фиг. 7 " линзас проволочным электродом, имеющимпролетный. канал на оси; на фиг. 8 -один из вариантов многоканальнойлинзы,Линза содержит цилиндрическиеэлектроды 1 трехэлектродной линзы,электрод 2 с продольными нитями,замкнутую нить 3 в форме многоугольника, Электроды 1 и 2 расположены таким образом, что нити полностью иличастично находятся внутри электро- .дов 1. Электрод 2 (на фиг. 1) отличается тем, что снабжен дополнительным веретенообразным электродом, образованным, например, при натяженииметаллических нитей, предпочтительноиз тугоплавкого металла (вольфрам,титан), концы которых прикреплены(приварены) к концам тонкой металлической спицы. В отдельных случаяхвместо спицы может быть использованкапилляр, внутри которого проходятнити. Электрод 2 (фнг.: 2) может бытьобразован при пропускании нитейвнутрь кольца в центре линзы н их последующем натяжении, при аэнмутальномвращении кольцевых держателей нитейс их последующим пересечением в центре, либо сваркой нитей в этой точке,Вариант линзы, показанный на фиг,7,может быть проще всего реализованпропусканием нитей внутрь замкнутойнити 3 и их натяжением между кольцевыми держателями, При этом нить 3приобретает форму многоугольника.Иногоканальная линза может быть вы-.полнена с использованием тех же технологических приемов, которые описаны выше для одноканальных вариантов,Устройство (фиг. 1) работаетследующим образок.Частицы пучка. (область пучка заштрихована), проходя через область,расположенную между внешней поверхностью веретенообразного проволочногоэлектрода 2 и внутренней поверхностьюпервого цилиндрического электрода 1,испытывают направленное к оси действие снл электрического поля, возникающего за счет разности потенциаловна этих электродах.Частицы, проходящие вблизи осн,испытывают действие большей силы,чем удаленные от оси, но вследствиетого, что путь, проходимый ими в этомполе, уменьшается до нуля для частиц,проходящих в непосредственно близости от оси, суммарный поперечный импульс для этих частиц также уменьшается до нуля с уменьшением их расстояния от оси (предполагается, чтовследствие того, что продольный импульс значительно больше поперечного,отклонение траектории частиц внутрисамой линзы пренебрежимо мало). Этоозначает, что поскольку с увеличением расстояния от оси поперечный импульс растет, могут быть реалйзованыусловия, при которых все частицы фокусируются в фокальной области, иливообще в: одной точке (идеальная фокусировка). Действие фокусирующихполей внутри второго цилиндрическогоэлектрода идентично уже рассмотренному,Аналогично осуществляется фокусировка в варианте линзы, показанномна фиг. 2;Для определения формы внутреннейповерхности цилиндрических электродов 1, обеспечивающей оптимальныеусловия фокусировки (минимизацияаберраций), могут быть использованы5 1 О 15 20 25 30 40 45 50 Образование вторичных электронов При попадании на нити частиц пучка может быть использовацо для регистрации наличия и величины тока пучка фокусируемых частиц, а также для определения положения центра тяжести пучка, следовательно, для регулировки простванственного расположения Пучка и линзы с целью улучшения характеристик пучка. Это реализуется за счет выполнения одного из цилиндрических электродов 1 линзы, предпо" чтительно того, который расположен вблизи поверхности нитей, бомбардируемоц частицами пучка, секционированным (см. Фиг. 6). Иа Фиг. зто левый, а на Фиг. 2 - правый электроды. Регистрация тока вторичных электродов, ускоряемых электрическим радиальным полем на каждую из секций, позволяет однозначно установить величину тока фокусируемых частиц на каждую нить, регистрируя тем самым и смещение пучка.Если пучок частиц имеет трубчатую конфигурацию, а также, если необходимо минимизировать потери пучка в приосевой области, где плотность Пучка максимальна, особенно для пучков, максимальная расходимость которых обнаруживается на периферической Части, наиболее целесообразно использование варианта линзы, показанного на Фиг, 7. Специфической особенностью этой линзы является возможность выполнения наружного электрода 1 беэ щелей, как в первых двух вариантах, поскольку нити не пересекаются на оси и опасного с точки зрения пере- фокусировки возрастания электрического поля при приближении к оси цет.Однако, необходимо отметить, что выполнение внешнего электрода 1 единым также возможно, поскольку не приводит в действительности к существенному ухудшению свойств пучка, цо конструктивно проще. Это объясняется тем, что предположение об эквивалентности цилиндрической и конической поверхности и о ее азииутальцой непрерывности в действительности не реализуется, а толщина нитей конечна, т.е. напряженность поля не "бесконечна" вблизи оси.Наиболее полно преимущества предложенных вариантов линз проявляются при Фокусировке нескольких параллельных пучков, расположенных на близком расстоянии. Использование известных типов линз затруднено тем обстоятельством, что вследствие влияния соседних каналов в электродах одиночных или иммерсионных линз, нарушается пространственная конфигурация и азимутальная однородность пучков, В вариантах с использовацием линз с проволочными электродами (фиг, 8) такое влияние исключается, поскольку в неэквипотенциальном пространстве дей-. ствия фокусирующих сил все частицы движутся внутри электредов, полностью экранирующих их от соседних каналов,В качестве характерных примеров технической реализации линза можно привести вариант линзы, показанный на фиг. 2 с электродами, у которой Е =10 см; Е= см, г=0,74 см;1=0,2, У =125 кВ, 0=1 кВ. Фокусирующая способность той же величины достигается в линзе-прототипе при напряжении на два порядка больше, чем Б.Таким образом, предложенное уст-. ройство позволяет существенно (до двух порядков) снизить напряжение электростатической фокусировки и увеличить предельные энергии фокусируемых на тех же расстояниях частиц, заметно расширяя область применения электростатических линз. формула изобретения 1. Электростатическая линза, содержащая три электрода цилиндрической Формы, установленные соосно, и источник питания, один полюс которого подключен к центральному электроду, а другой - к крайним электродам, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения предела энергии Фокусируемых частиц и уменьшения напряжения источника питания при сохранении эффективности Фокусировки, центральный электрод содержит металлические вити, натянутые внутри крайних электродов по образующим конусов, соосных с осью линзы. 2. Линза по и. 1, и т л и ч а ющ а я с я тем, что вдоль оси линзывнутри электродов расположена металлическая спица, а металлические нитиодними концами закреплены на кольце,установленном в центре линзы, а другими - на концах спицы, 13569З.Линзапоп. 1, отличающ а я с я тем, что центральный электрод содержит два кольца, установленные по.краям линзы, а металлическиенити натянуты между кольцами и пересекаются в геометрическом центрелинзы,4. Линза по пп. 1 и 3, о т л ич а ю щ а я с я тем, что., с целью 1 Оулучшения фокусировки эа счет уменьшения хроматических аберраций, электроды, установленные между кольцами,выполнены с внутренней поверхностью,определяемой уравнением 15а а1Еггде 2 = - К = вг н Е - радиус иэ Еа а гфпродольная координата точки поверхности 2 Ов прямоугольной системе координатс началом в вершине конусов (м);г и Е - радиус и продольная координата точки поверхности (м), раслоложенной наиболее близко к оси, опреде" 25ляемые выражениями Е= в - вг=ЫеЕЧь2 Иа Ч а аогде Е - фокусное расстояние лин-, зо эы (и); о- угол полураствора конусных поверхностей (раз), по которым натянуты нити, Ч - напряжение источника питания (В), Ч, - потенциал пучка (В), при этом 0 О 4985. Линза по пп. 1 и 3, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения потерь тока эа счет высаживания частиц на нитях в приосевой области, нити скреплены с помощью замкнутой металлической нити, имеющей форму многоугольника с вершинаии в точках соединения нитей.6. Линза по пп. 1 - 5, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных воэиожнос" тей линзы эа счет одновременной реги" страции тока и положения центра тяжести пучка, а также регулировки положения линзы, по крайней мере один из крайних электродов выполнен сек" ционированным с продольными разрезами в плоскостях, проходящих через ось линзы между соседними нитями, а каждая секция подключена к источнику питания через автономный измери- . тель тока.7. Линзе но пп; 1-6, о т л и - ч а ю щ а я с я теи, что, с целью повышения тока частиц эа счет увеличения числа пучков, она выполнена многоканальной, так что крайние электроды имеют вид дисков с пролетными отверстиями, а внутренние электоопы выполнены в виде общей обечайки с пролетными отверстиями, соосными отверстиям дисков, при этом конфигура" ция электродов с нитями в каждом иэ пролетных каналов идентична./5 оизводственно-полиграфическое Я 8 93у ф Тираж НИИПИ Государ по делам из 13035, Москвастве обреЖП ого комитет ний и откры Раушская