Электростатический анализатор энергий заряженных частиц

(51) 01 49/22 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ использовано для построения энергоанализаторов высокой разрешающей способности и большой светосилы. Задача предложенного изобретения состоит в улучшении электронно-оптических характеристик анализаторов - энергетического разрешения и светосилы. Технический результат достигается тем,что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит осесимметричные коаксиальные электроды, внутренний из которых имеет цилиндрическую форму и находится под потенциалом земли, на внешний электрод,совпадающий с эквипотенциалью декапольноцилиндрического поля, подается отклоняющий потенциал 0.(72) Саулебеков Арман Ормашович Ашимбаева Багила Умарбаевна Камбарова Жанар Турсыновна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Карагандинский государственный университет им. академика Е.А. Букетова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ЭНЕРГИЙ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ(57) Изобретение относится к спектрометрии пучков заряженных частиц и может быть Изобретение относится к спектрометрии пучков заряженных частиц и может быть использовано для построения энергоанализаторов высокой разрешающей способности и большой светосилы. Технический результат изобретения - повышение разрешающей способности модифицированного энергоанализатора,построенного на основе электростатического цилиндрического зеркала. Известен аналог электростатический энергоанализатор заряженных частиц на основе цилиндрического зеркала, состоящий из двух соосных цилиндрических электродов (А.с. СССР 175584, МПК 01 39 34, 1965). Внутренний электрод обычно заземляется, а к наружному прикладывается отклоняющий потенциал 0, по знаку одноименный заряду анализируемых частиц. Однако этот анализатор имеет недостаточно высокую разрешающую способность. Наиболее близким аналогом является электростатический анализатор энергий заряженных частиц (Патент РФ 2490750, МПК 01 49 22,2013). Устройство содержит коаксиально размещенные внутренний и внешний цилиндрические электроды,экранирующий электрод, конический электрод, корректирующее кольцо. Недостатками устройства являются усложнение конструкции и системы питания энергоанализатора,так как для работы корректирующего кольца требуется отдельный источник соответствующим образом подобранного потенциала. В качестве прототипа принимаем электростатический энергоанализатор с гексапольно-цилиндрическим полем (Предпатент РК 19634, 2006, А.с. 55144, 2008). Гексапольноцилиндрическое поле формируется в анализаторе из двух коаксиальных электродов, внутренний из которых остается цилиндрическим, а внешний электрод,совпадающий с эквипотенциалью гексапольно-цилиндрического поля,имеет криволинейный профиль, выпуклый относительно поверхности внутреннего цилиндрического электрода. Недостатком данного устройства является технологические сложности, связанные с изготовлением внешнего криволинейного электрода. Задача предложенного изобретения состоит в улучшении электронно-оптических характеристик анализаторов - энергетического разрешения и светосилы. Технический результат достигается тем,что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит осесимметричные коаксиальные электроды, внутренний из которых имеет цилиндрическую форму и находится под потенциалом земли, на внешний электрод,совпадающий с эквипотенциалью декапольноцилиндрического поля, подается отклоняющий потенциал 0. Потенциал декапольно-цилиндрического поля описывается в системе координат , следующим выражением где -1 цилиндрическое поле,коэффициент,задающий весовой вклад 1 2 цилиндрического поля,,42322 круговой декаполь,- весовой вклад кругового декаполя. На фиг.1 представлена электронно-оптическая схема зеркального анализатора энергий заряженных частиц с декапольно-цилиндрическим полем (1), в котором доли цилиндрического поля и декаполя равны соответственно 1 и 1 . Показана 100 осевая траектория пучка частиц, выходящих из кольцевого источника А. Электростатический энергоанализатор содержит внутренний цилиндрический электрод (1), внешний электрод (2), имеющий криволинейный профиль,кольцевой источник А и кольцевой детектор В,входнуюи выходнуюкольцевые щели. Декапольно-цилиндрическое поле формируется в пространстве между двумя осесимметричными коаксиальными электродами, внутренний из которых имеет цилиндрическую форму (радиуса 0) и находится под потенциалом земли, 4 на внешний электрод, имеющий профиль криволинейной формы, подается отклоняющий потенциал 0. Вследствие малой составляющей кругового поля распределение эквипотенциалей декапольноцилиндрического поля имеет небольшое отклонение от прямых линий, т.е. близко к распределению эквипотенциалей цилиндрического поля. Анализатор работает следующим образом. Пучок заряженных частиц, выходящий из кольцевого источника А, отражается полем зеркала и фокусируется в кольцевое изображение В. Расчет траекторий заряженных частиц в декапольно-цилиндрическом поле (1), необходимый для анализа электронно-оптических свойств предлагаемого устройства, был выполнен на основе метода разложения решения уравнения движения заряженных частиц в дробно-степенной ряд. Проведенные авторами расчеты показали, что условие угловой фокусировки 2-го порядка в энергоанализаторе на основе декапольноцилиндрического поля реализуется в большом интервале значений параметров отражения заряд анализируемых частиц) и угла входа 0 для схем фокусировки заряженных частиц из кольцевого источника в кольцевой детектор. Наиболее оптимальные по электронно-оптическим характеристикам анализаторы с декапольноцилиндрическим полем находятся в области значений 0,40 Р 0,60, в которых аберрационные коэффициенты 3-го порядка невелики, их значения в 2-3 раза меньше кубической угловой аберрации цилиндрического зеркального анализатора. Схема зеркального декапольно-цилиндрического анализатора,представленная на фиг.1,соответствует следующим электронно-оптическим характеристикам параметр отражения, 30476 связывающий геометрические и энергетические параметры декапольно-цилиндрического зеркала,Р 0,55, угол входа в поле зеркала осевой траектории равен 0 36,8346, начальный угловой разброс для боковых ветвей составляет 12, (60). Ширина линии изображения вблизи гауссового фокуса,вызванная начальной угловой расходимостью пучка, была определена с помощью численного метода расчета траекторий и для угла 12 составила величину -(0)0,0076. Ширина линии изображения пучка частиц с таким же угловым разбросом в цилиндрическом зеркальном анализаторе примерно в 5 раз больше 0,036. Величина удельной дисперсии по энергии,характеризующая разрешающую способность декапольно-цилиндрического анализатора,рассчитанная для частиц с начальным угловым разбросом в 12, равна 313,6, что в два раза 155,6 .(6) 0,036 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Электростатический анализатор энергий заряженных частиц, содержащий коаксиальные электроды, внутренний, имеющий цилиндрическую форму и находящийся под потенциалом земли, с входной и выходной кольцевыми щелями, внешний электрод, на который подается потенциал одноименный заряду частиц, имеет профиль криволинейной формы, отличающийся тем, что образующий внешний электрод совпадает с эквипотенциалью декапольно-цилиндрического поля, вследствие малой составляющей кругового декаполя внешний электрод имеет небольшое отклонение от цилиндрической формы.