Способ изменения светосилы аксиально-симметричной магнитной линзы и устройство для его осуществления

)5 Н 01 ) 37/1 Е И Б И ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНО ВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Казахский государственный университет им, С.М. Кирова(54) СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ СВЕТОСИЛЫ АКСИАЛЬНО-СИММЕТРИЧНОЙ МАГНИТНОЙ ЛИНЗЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: изобретение относится к области электронной и ионной оптики и может быть использовано в магнитных. спектрометрах и транспортных системах. Целью изобретения является расширение функциИзобретение относится к области электронной и ионной оптики, в частности к формированию монознергетических потоков заряженнь 1 х частиц магнитными линзами, что может быть использовано в магнитных спектрометрэх. транспортных линзах и других электронно-оптических и ионно-оптических приборах.Цель изобретения состоит в увеличении диапазона изменения светосилы за счет увеличения максимального значения светосилы аксиально-симметричной магнитной линзы.Поста влев способе из нная цель достигается тем, что менения светосилы аксиальноональных возможностеи аксиально-симметричной магнитной линзы (МЛ), за счет расширения диапазона изменения ее светосилы.Сущность изобретения: для получения максимальной величины светосилы МЛ формируют магнитное поле частями распределенной обмотки, по крайней мере, с двумя максимумами распределения, минимумы которого совпадают с промежуточными фокусами МЛ, а максимумы - с местоположением наибольших отклонений траекторий заряженных частиц, В смежных частях обмотки магнитные поля могут иметь противоположное направление. Части обмотки МЛ выполняются в виде сопряженных секций, поперечное сечение каждой из которых и всей обмотки в целом имеет форму прямолинейных геометрических фигур - треугольника, трапеции, параллелограмма в различных сочетаниях, 9 ил., 1 табл,симметричной магнитной линзы с распреде- О ленной обмоткой, создающей магнитное по- (Л ле с конфигурацией, задаваемой О конфигурацией плотности ампер-витков вы- (с шеупомянутой обмотки, когда минимальную величину светосилы создают использованием "одногорбого" распределения магнитного поля и режима работы линзы без дополнительных промежуточных фокусов, а максимальную величину светосилы линзы создают использованием режима работы линзы с одним или несколькими промежуточными фокусами, согласно изобретению, максимальную величину светосилы получают, включая части обмотки линзы иформируя из "одногорбого" распределения магнитного поля линзы "многогорбое" распределение, минимумы которого совпадаютс фокусами линзы или находятся на минимально достижимом расстоянии от фокусовлинзы, цель изобретения достигается и тем, что ток в вышеупомянутых частях обмоткивключают в направлениях, создающих магнитное поле в смежных областях распределенил, эаключенных между соседнимиминимумами, с противоположными направлениями.Поставленная цель достигается еще итем, что в аксиально-симметричной магнитной линзе распределенная обмотка, формирующая магнитное поле, состоит из секций и распределение плотности ампер-витков в вышеназванных секциях имеет форму, позволяющую формировать "одногорбое" и "многогорбь 1 е" конфигурации магнитного поля, В частности, распределение плотности ампер-витков в вышеназванных секцияхможет иметь прямоугольную форму, кроме того, распределение плотности эмпер-витков в вышеназванных секциях может иметь треугольную, трапециевидную форму и одновременно треугольную, трапециевидную формы и форму параллелограмма.На фиг.1 а представлена трапециевидная конфигурация магнитного полл линзы ипроекции траекторий заряженных частицдля случаев без промежуточных фокусов, с одним и с двумя промежуточными фокусами для варианта с фокусировкой пучка на выходе линзы; на фиг,1 б представлена трапециевидная конфигурация магнитного поля линзы и проекции траекторий заряженныхчастиц в случае режимов работы линзы безпромежуточных фокусовс одним и с двумя промежуточными фокусами для варианта с параллельным пучком на выходе линзы; на фиг.2 (а,б,в) изображены "одногорбая" и "двухгорбые" конфигурации магнитного поля, соответствующие конструкции обмоткилинзы фиг.7, составленной из секций с треугольным распределением. плотности ампер-витков, и соответствующие траектории заряженных частиц; на фиг,3 (а,б,в) представлены "одногорбая" и "двухгорбые" конфигурациимагнитного поля, соответствующие конструкции обмоткилинзы фиг.8 с трапециевидным распределением плотности ампер-витков в секциях, и траектории заряженных частиц; на фиг,4 (а,б,в) - ."одногорбая", "двухгорбая" и "трехгорбая" конфигурации магнитного поля, соэданные с помощью секций спрямоугольным распределением плотности ампер-витков конструкции фиг.6, и соответствующие траектории заряженных частиц; ина фиг.5 (а,б,в,г,д) даны возможные конфигурации магнитного поля, созданные с одновременным использованием секций конструкции фиг.9 с треугольным, трапециевидным и в форме параллелограмма распределением плотности ампер-витков, и соответствующие т раектории заряженных частиц.Аксиально-симметричная магнитная линза, изображенная схематично на фиг.6,7,8,9, представляет собой фиг,7) цилиндрическую вакуумную камеру из немагнитного материала 1 с намотанной на внешнюю поверхность цилиндра аксиальную обмотку из медного провода 2, Обмотка 2 разбита на секции 3,4,5, имеющие отдельные электрические выводы. Распределение плотности витков в секциях вдоль оси цилиндрической камеры имеет, согласно изобретен и ю.: прямоугольную фиг,6), треугольную (фиг.7), трапециевидную фиг,8) формы, форму параллелограмма или их комбинацию (фиг.9) и другие формы, позволяющие формировать с помощью секций "одногорбое" и "многогорбые" конфигурации магнитных полей. Секции обмотки могут накладываться друг на друга или располагаться вдоль оси цилиндрической камеры с некоторыми промежутками в зависимости от вида создаваемых конфигураций магнитного поля,Линза работает следующим образом (фиг,7). Внутри вакуумной камеры 1 размещается у одного из ее концов источник электронов или других заряженных частиц 10, а на выходе линзы в противоположном конце камеры приемное устройство, которое представляет из себя детектор электронов или другое устройство 9, в котором используется сформированный пучок моноэнергетических электронов или других заряженных частиц. Секции 3,4,5 соединяют последовательно друг с другом и подключают к источнику постоянного тока так, чтобы магнитное поле имело в секциях одно направление вдоль оси камеры. Увеличивая ток в обмотке 2, т.е. напряженность магнитного поля, добиваются, чтобы пучок электронов, двигающихся по винтовой линии вдоль оси линзы, пересекал ось линзы в месте расположения приемного устройства или, для варианта формирования параллельного пучка, был параллелен оси линзы на ее выходе,Дальнейшее увеличение тока в обмотке приводит к тому, что винтовые траектории электронов будут пересекать ось линзы в промежуточной области между источником 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 и приемным устройством, т.е, будут создаваться один или несколько дополнительных55 промежуточных фокусов, в зависимости от величины напряженности магнитного поля. Может быть осуществлен режим включения секций, когда секция 4 закорочена или отключена, и последовательно соединены с источником постоянного тока последовательно включенные секции 3.5 с одинаковым направлением магнитных полей. то в этом случае формируется "двухгорбая" треугольная конфигурация магнитного поля. Соответствующей величиной тока добиваются, чтобы траектории электронов пересекали ось линзы вблизи минимума поля в центре его распределения. Кроме того, может быть реализован предпочтительный режим работы, дающий наибольшее увеличение светосилы, когда последовательно соединенные секции 3,5 включены таким образом, что создают магнитные поля с противоположным направлением, и изменением величины тока добиваются промежуточной фокусировки пучка электронов в среднем минимуме распределения поля и фокусировки или параллельности пучка электронов на выходе линзы,Пример осуществления способа изменения светосилы аксиально-симметричной магнитной линзы.Аксиально-симметричная магнитная линза была выполнена, согласно конструкции, изображенной на фиг.б, где распределение плотности витков в шести секциях 3,4,5,6,7;8, длиной каждая 40 см, имело прямоугольную форму. Общая длина обмотки составляла 240 см, диаметр камеры - 10 см, точка фокуса предметного пространства, т,е, место расположения источника электронов находилось на расстоянии 150 см от центра линзы. Местоположение приемного устройства находилось на расстоянии 230 см от центра линзы, В первом режиме работы линзы все секции 3,4,5,6,7,8 обмотки соединялись последовательно с одинаковым направлением магнитных полей по оси линзы. Величина тока в обмотке, т.е, напряженность магнитного поля, выбиралась так, чтобы обеспечить либо фокусировку пучка электронов на выходе линзы, либо параллельный пучок без осуществления дополнительной фокусировки в промежуточной части линзы. Во втором режиме работы линзы секции 3,4,5 соединялись последовательно с одним направлением магнитного поля, а секции 6,7,8 - с противоположным направлением поля, Увеличивая величину тока (напряженность магнитного поля) в 2 раза достигалась промежуточная фокусировка в центральной части линзы вблизи минимума распределения магнитного поля, Величина светосилы, т.е. количества регист 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 рируемых приемным устройством электронов, увеличивалась по сравнению с первым режимом в 8 раз,В третьем режиме работы линзы соединяли последовательно попарно секции 3,4, затем 5,6 и 7,8, причем направления поля в парах совпадаЛи, и далее эти пары соединя-. лись последовательно таким образом, чтобы направления полей соседних пар были бы противоположны. Увеличивали величину тока по сравнению с первым режимом работы приблизительно в 3 раза и достигали двух дополнительных промежуточных фокусировок; Величина светосилы возрастала по отношению к первому режиму в 19 раз. Значения светосилы в процентах от полного телесного угла 4 згдля различных режимов работы линзы и вариантов формирования пучка электронов приведены в таблице, Из данных таблицы следует вывод, что светосила аксиально-симметричной магнитной линзы возрастает при переходе от режима без промежуточных фокусировок и "одногорбого" распределения магнитного поля к режимам с одной и двумя дополнительными промежуточными фокусировками при использовании соответственно "двухгорбого" и "трехгорбого" распределений магнитного поля. Подобным образом обеспечивается получение "одногорбого" и "двухгорбого" распределений магнитного поля и первого и второго режимов работы линзы и, следовательно, изменения светосилы линзы в конструкциях, представленных на фиг.7,8 и соответствующим им конфигурациям магнитных полей на фиг.2 (а,б,в) и 3 (а,б,в), а также достижение "одногорбого", "двухгорбого" и "трехгорбого" распределений магнитного поля и трех режимов работы в случае конструкции обмотки фиг.9 и соответствующих конфигураций магнитных полей, представленных на фиг.5 (а,б,в,г,д).Предпочтительным способом изменения светосилы аксиально-симметричной магнитной линзы является способ, осуществляемый с помощью конструкции, представленной на фиг,6 с конфигурациями поля, приведенными на фиг,4(а,б,в), т.е, конструкции, имеющей прямоугольное распределение плотности ампер-витков в секциях обмотки, создающей магнитное поле линзы,обеспечивающий наибольший диапазон изменения светосилы,Использование предлагаемых конструкций аксиально-симметричных магнитных линз и способа изменения их светосилы позволяет увеличить светосилу линзы в 8 раз при использовании "двухгорбого" распределения магнитного поля, создаваемого обмоткой с секциями с прямоугольным рас1835566 Величины светосилы (проценты от полного телесного угла 4 л) аксиально-симметричной. магнитной линзы с обмоткой из секций с прямоугольным распределением плотности ампер-витков.Одногор- Одногорбое рас- бое распредел, предел. Паралле- Фокусильный пу- ровка на Двухгор-; бое расТрехгорбое распредел. Фокусировка на выходе Двухгорбое расТрехгорбое распредел. Параллельный пупредел, предел,ПараллеФокусировка навыходе льный пучок чок выходе чок 0,064 кусовС одним промежуточным 0,121 0,334 фокусомС двумя промежуточны 0,283 0,672 ми фокусами пределением плотности ампер-витков, и в 19 раз при использовании "трехгорбого" распределения магнитного поля. При этом используются соответственно режимы работы линзы с одним и с двумя дополнительнымипромежуточными фокусами. Увеличение светосилы в случае прототипа равно соответственно 3 и 4, Кроме того, абсолютное значение светосилы линзы с прямоугольным распределением плотности ампер-витков в секциях при приблизительно одинаковых значениях для режима без промежуточной фокусировки больше по сравнению с прототипом при одинаковой апертуре и расстоянии от источника электронов до приемного устройства для режиМа с одним промежуточным фокусом в 2 раза и для режима с двумя промежуточными фокусами в 5 раз. Формула изобретения 1.Способ изменения светосилы аксиально-симметричной магнитной линзы с распределенной обмоткой путем формирования магнитного поля с одним максимумом распределения по оси линзы для минималь-. ной величины светосилы и увеличения напряженности магнитного поля до образования промежуточных фокусов, для максимальной величины светосилы формируют магнитное поле частями обмотки по Без промежуточных фо,015 крайней мере с двумя максимумами распределения, минимумы которого совпадают спромежуточными фокусами, а максимумы -с местоположением наибольших отклоне 5 ний траекторий,2;Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что магнитные поля от смежных частейобмотки формируют с противоположныминаправлениями.10 З.Устройство для изменения светосилыаксиально-симметричной магнитной линзы,содержащее распределенную вдоль продольной оси обмотку, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения функциональ 15 ных возможностей за счет расширения диапазона изменения светосилы, частиобмотки выполнены в виде сопряженныхсекций, поперечное сечение каждой из которой и всей обмотки в целом имеет форму20 прямолинейных геометрических фигур.4.Устройство по п.З, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что поперечное сечение секций обмотки имеет форму трапеции.5.Устройство поп.З,отл ич.а ю ще ес я тем,25 что поперечное сечение секций имеет формутреугольника, а обмотки - форму трапеции.6.Устройство по п,З, о т л и ч аю щ е ес я тем, что поперечное сечение секцийимеет форму сопряженных треугольниЗО ка, трапеции и параллелограмма, а обмотки - форму трапеции.183556 б г. Шул едактор аказ 2983 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 СоставиТехред ль В,БалашовМоргентал Коррек