Электростатический энергоанализатор заряженных частиц

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Задачей предложенного изобретения является организация эффективной защиты от влияния краевых полей при высоких характеристиках устройства. Технический результат достигается тем,что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит цилиндрический электрод с двумя торцевыми электродами,находящиеся под нулевым потенциалом, а также осесимметричный отклоняющий электрод,находящийся под потенциалом 0, образующая которого совпадает с одной из эквипотенциалей поля. Торцевые электроды ограничивают продольные габариты анализатора и позволяют свести к минимуму влияние краевых полей на распределение тормозного поля в области прохождения траектории анализируемых частиц.(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 ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ(57) Изобретение относится к устройствам для анализа распределения заряженных частиц по энергии и может быть использовано при создании электростатических энергоанализаторов с высокими электронно-оптическими параметрами. Изобретение относится к устройствам для анализа распределения заряженных частиц по энергии и может быть использовано при создании электростатических энергоанализаторов с высокими электронно-оптическими параметрами. Известен аналог электростатический энергоанализатор заряженных частиц, содержащий коаксиальные внутренний и внешний цилиндрические электроды,экранирующий электрод, систему компенсации краевых эффектов,состоящую из двух пар корректирующих колец(Патент РФ,2490620, МПК 01 27/00, 2013). Недостатками этого устройства являются усложнение конструкции и системы питания энергоанализатора,так как для работы корректирующих электродов требуется отдельный источник соответствующим образом подобранных потенциалов. Наиболее близким аналогом является анализатор энергий заряженных частиц с неоднородным полем вдоль оси симметрии (Патент РФ, 2294579, МПК 01 49/40, 2006), содержащий наружный электрод и внутренний электрод с двумя кольцевыми щелями. Аксиальный и радиальный градиенты потенциала поля энергоанализатора согласованы вдоль пути следования заряженных частиц заданием соответствующей конфигурации эквипотенциальных поверхностей электродов анализатора. В данном анализаторе краевое поле в торцевых областях анализатора подавляется путем использования одинаковых кольцевых разрывов между внешним и внутренним электродами. Недостаток устройства - сложность конструкции,так как электроды выполняются в виде экспоненциально сближающихся на входе и выходе энергоанализатора поверхностей, описываемых сложными полиномиальными уравнениями. В качестве прототипа принимаем электростатический энергоанализатор с гексапольно-цилиндрическим полем, в котором вклад цилиндрического поля составляет величину 1.5 (Предпатент РК 19634, 2006, А.с. 55144,2008). Недостатком данного устройства - прототипа является отсутствие защиты от краевых полей. Задачей предложенного изобретения является организация эффективной защиты от влияния краевых полей при высоких характеристиках устройства. Технический результат достигается тем,что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит цилиндрический электрод с двумя торцевыми электродами,находящиеся под нулевым потенциалом, а также осесимметричный отклоняющий электрод,находящийся под потенциалом 0, образующая которого совпадает с одной из эквипотенциалей поля (1). Торцевые электроды ограничивают продольные габариты анализатора и позволяют свести к минимуму влияние краевых полей на распределение тормозного поля в области прохождения траектории анализируемых частиц. Потенциал гексапольно-цилиндрического поля описывается в системе координат , следующим выражением 2(1) потенциал, круговой гексаполь,- коэффициент, задающий весовой вклад цилиндрического поля. На фиг.1 представлена схема предлагаемого электростатического энергоанализатора с гексапольно-цилиндрическим полем, в котором вклад цилиндрического поля составляет величину 1. Показаны осевая траектория пучка частиц,выходящих из кольцевого источника А. Электростатический энергоанализатор содержит внутренний цилиндрический электрод (1), внешний электрод (2), два торцевых электрода (3), кольцевой источник А и кольцевой детектор В, входнуюи выходнуюкольцевые щели. 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. Устройство работает следующим образом. Из кольцевого источника А пучок заряженных частиц проходит через входнуюкольцевую щель внутреннего электрода и поступает в поле энергоанализатора. Под действием отклоняющего поля энергоанализатора пучок частиц отражается к внутреннему цилиндрическому электроду и, пройдя через выходнуюкольцевую щель, фокусируется на кольцевую щель детектора В. Расчет траекторий заряженных частиц в гексапольно-цилиндрическом поле(1),необходимый для анализа электронно-оптических характеристик предлагаемого устройства, был выполнен на основе метода разложения решения уравнения движения заряженных частиц в дробностепенной ряд. Проведенные авторами расчеты показали, что режим угловой фокусировки второго порядка осуществляется для малого интервала входных углов 0(30,033,4) и только для схем,когда источник и его изображение расположены в области внутреннего цилиндра. В энергоанализаторе возможна реализация хорошо известных схем угловой фокусировки кольцо-ось,когда кольцевой источник изображается в точку на оси симметрии, и схема ось-ось, в которой реализуется фокусировка точечного источника в точечное изображение. Несмотря на существование электронно-оптических схем с лучшим расширением в области малых значений параметра отражения 00(,- кинетическая энергия и заряд частиц),связывающего энергетические и геометрические характеристики зеркала, в качестве наиболее оптимальной может быть выбрана схема фокусировки кольцо-ось с Р 0,4892, имеющая наибольшее значение линейной дисперсии по энергии 3,3065, характеризующей величину смещения изображения источника в зависимости от изменения энергии анализируемых частиц. Из расчетов установлено, что расстояние вдоль поверхности внутреннего цилиндра между торцевыми электродами в единицахсоставляет 2 2 . При малых значениях величины радиального проникновения частицы в поле зеркалаобразующая поверхности торцевых электродов,лежащая в аксиальной плоскости, близка к прямой линии, имеющей небольшое отклонение от радиальной плоскости зеркала. Для примера, в случае фокусировки кольцо-ось с Р 0,4892, в области 0,4 угол наклона образующей к оси симметрии составляет 87,3, это значит, что поверхность торцевых электродов может аппроксимирована конической поверхностью с небольшим отклонением от радиальной плоскости. Устройство отличается- эффективной защитой от влияния краевых полей без усложнения конструкции, поверхность торцевых электродов может быть аппроксимирована конической поверхностью с небольшим отклонением от радиальной плоскости- не требует дополнительной системы питания энергоанализатора- используемое гексапольно-цилиндрическое поле 1 отличается от прототипа составляющей цилиндрического поля 1,5. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Электростатический энергоанализатор заряженных частиц, содержащий осесимметричный отклоняющий внешний электрод, находящийся под нулевым потенциалом, внутренний цилиндрический электрод, два торцевых электрода, кольцевой источник, кольцевой детектор, входную и выходную кольцевые щели, отличающийся тем, что наличие торцевых электродов позволяет организовать эффективную защиту от влияния краевых полей,торцевые электроды вместе с внутренним цилиндрическим находятся под нулевым потенциалом, а их поверхность может быть аппроксимирована конической поверхностью с небольшим отклонением от радиальной плоскости.