Устройство для электрического торможения пучка заряженных частиц

Устройство для электрического торможения пучка заряженных частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

Е. А. Абраги и А. Н. Карала (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ

ПУЧКА ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к устройствам для электрического торможения интенсивных моноэнергетических потоков заряженных частиц, в частности электронов, с целью рекуперации энергии электронного потока, т.е. превращения кинетической энергии частиц в электрическую энерТакие устройства могут быль применены в электронных приборах, в которых для улучшения КПД предусмотрена рекуперацня энергии !0 пучка.

Известно устройство по основному авт.св.

Р 376027, используемое для торможения заряженных частиц пучка, содержащее трн электрода. Между первым и втор™ приложена замедляющая разность потенциалов; электрическое поле между вторым и третьим злектродамн ускоряет основной пучок и замедляет (запирает) вторичные электроны. Для уменьшения потока вторичных частиц, отраженных от второго электрода, он выполняется в виде. многих заостренных игл или лезвий.

Недостатком такого устройства является невозможность получения степени ослабления (экранировки) потока вторичных электронов выше, чем в 10з — 104 раз. Это связано с тем, Мго устройство не способно задержать ту часть вторичных электронов, вылетающих с третьего электрода (принимающего основной пучок), ко- . торая имеет энерпно, равную энергии основного пучка, и скорость, направленную примерно по нормали к поверхности третьего электрода

Целью изобретения является уменьшение потока вторичных электронов.

Поставленная цель достигается тем, что в третьем электроде выполнены отверстия (прорези), расположенные против центра каждой ячейки второго электрода, а за третьим электродом против каждого отверстия (прорези) расположены цилиндры Фарадея, при этом устройство снабжено средствами для подачи на упомянутые полости потенциала, положительного относительно третьего электрода.

Если пучок заряженных частиц транспортируется (перед тем, как попасть в устройство для торможения) в продольном магнитном по- ° ле, то целесообразно снабдить устройство для торможения средствами для создания магнитноб86160 го поля, силовые линии которого направлены примерно по нормали к эквнпотенциалям электрического поля. При этом дня улучшения фокусировки пучка в местах, где в третьем электроде находятся maepcms или прорези, имеются средства для магнитной фокусировки пучка, а в цилиндрах Фарадея размещены острия из ферромагнитного материала, закрепленные своими основаниями на общей пластине из ферромагнитного материала. 10

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — устройство для торможения с использованием средств магнитной фокусировки.

Устройство содержит четыре электрода (фиг.1), Электрод 1 может быть выполнен в виде плоской1з пластины или в ином виде. Электрод 2 выполнен в виде игл (острий) или заостренных лезвий (ножей). Все иглы или ножи электрически и механически соединены между собой (на чертежах не показано), 20

Электрод 3 представляет собой пластину со многими круглыми отверстиями или длинными прорезями. Электрод 4 представляет собой набор цилиндров Фарадея. Электрод 4 может быть выполнен как иэ многих отдельных элементов, соединенных друг с другом механически и электрически, так и из целой пластины, в которой нужные нолости получены механической обработкой.

При транспортировке пучка в продольное магнитное поле рационально устройство для торможения снабжено средствами для создания магнитного поля (фиг, 2). При этом силовые линии в устройстве для торможения направлены примерно но нормали к эквипотенциалям замедляющего электрического поля. Конфигурация магнитного поля з подбирается с учетом необходимости фокусировки электронов в центре ячеек электрода 2. Для этого на общем магнитном полюсе 5 имеются острия из ферромагнитного материала 6, разме, 40 щепные в полостях цилиндров Фарадея 4. Боль- шая часть силовых линий 7 магнитного поля заканчивается на остриях б. Возможны друтие конструктивные решения, обеспечивающие фокусировку электронов во входные отверстия цнлннд45 ров Фарадея 4.

Для создания магнитного поля могут быть использованы различные средства. В частности, на фиг. 2 показан электромагнит с двумя катушками 8 и 9 и отрезками магнитопровода 5 и 10.

Обратный магнитный поток 11 замыкается в стороне от зоны торможения. Для замыкания потока 11 может быть использовано также ферромагнитное ярмо, состоящее из многих изолированных друг от друга элементов.

Основная часть электронов попадает в пространство между иглами (ножами) 2 и продолжает двигаться в первоначальном направлении— в сторону электрода 3. Между электродами 2 и

"3 приложена ускоряющая разность потенциалов.

Таким образом, подлетая к электроду 3, электроны имеют энергию, близкую к величине потенциала этого электрода, Существенным является то, что эквипотенциали этого ускоряющего поля имеют форму фокусирующей линзы и поток электронов разбивается электродом 2 на отдельные струи, каждая из которых фокусируется на электрод 3 в средней части ячейки электрода 2 (фиг. 2).

Примерно по размеру фокусного пятна электрод 3 имеет отверстия — круглые или удлиненные — в зависимости от формы сфокусированного потока электронов, определяемого, в свою очередь, структурой электрода 2.

Таким образом, струи электронного потока попадиот в полости электрода 4. Между электродами 3 и 4 также имеется небольшое ускоряющее напряжение для основного потока и, соот-! ветственно, замедляющее напряжение для вторичных электронов с электрода 4, Каждая ячейка электрода 4 имеет оптимальную геометрию для максимального подавления вторичных электронов. Электрод 3 играет при этом роль супрессора Размеры электрода 4 подбираются расчетом или экспериментально, Ускоряюцвте электрические поля вблизи электродов 3 и 4 несколько увеличивают энергию посадки электронов основного потока, однако эти величины достаточно малы. Так, при начальной энергии пучка 100-200 кэВ потенциал электрода 4, определяющий энергию посадки, может составить всего 500 — 1000 В (т.е. энергия посадки электронов 500-1000 эВ).

Отсутствие отверстий в электродах 3 и 4 затруднило бы уменьшение потока вторичных частиц до величин менее 10 э-10 . Как отмечалось, прозрачность электрода 2 очень велика; она обеспечивает поток вторичных частиц с самого электрода 2 менее 10 — 10 от основного пучка. Но определяющими в этом случае являются вторичные частицы, вылетающие с электрода 3 с полной энергией, примерно перпендикулярно поверхности посадки (т.е, поверхности электрода 3). Известно, что 1 — 2% вторичных частиц имеют энергию, равную энергии частиц первичного потока; часть из них вылетает под углами, близкими к нормали. Естественно, глубина потенциальной ямы, останавливающей вторичные, не может быть рассчитана на полную энергию падающих частиц; она обеспечивает эапирание большей части вторичных частиц, энергия которых равна 0,1 — 0,2 от энергии падающего потока. В результате, поток вторичных частиц в отсутствие предлагаемых средств составил бы не менее 10 — 10 4 от основного пучка.

В то же время прохождение потока в виде отдельных струй в полости электрода 4 позво686160

6к ронного потока, который подвергается магнитной фокусировке, определяется долей магнитного поо- тока, которая попадает на острие 6. Какая-то часть потока, естественно, замкнется прямо на ферромагнитную деталь 5, минуя острия 6. Для . улучшения фокусирующего действия магнитного потока необходимо подобрать оптимальную высоту острий 6. Выбор оптимальных размеров элементов устройства для торможения зависит от конкретных параметров замедляющего пучка, а также от требований, предъявляемых к устройству: величина первеанса, допустимая энергия посадки, величина потока вторичных частиц и др.

Формула изобретения ляет еще на один-два порядка уменьшить пото вторичных частиц. Таким образом, поток вторичных частиц в предлагаемой конструкции м жет составить менее 10 4 — 10 от основного (падающего) потока.

Такая высокая степень экранировки вторич иътх позволяет осуществить торможение сверх мощных импульсных или стационарных электронных потоков.

Одним иэ ограничений в предлагаемой конст рукции, помимо экранирующих свойств цилиндр

Фарадея, является также доля пучка, которая подвергалась фокусировке: часть электронов, о завшаяся на границе двух струй (двух фокусиру ющих электростатических линз) может не сфоку15 сироваться и не попасть в отверстия электрода 3.

Возможно, с этой точки зрения лучшей окажется система с лезвиями, а ие с остриями: здесь большая доля потока подвергается фокусировке.

Улучшение оптических своиств системы можm но получить в конструкции, аналогичнойэлектронной пушке с компрессией, использующей ведущее магнитное поле (фиг. 2). Более четкие границы пучка уменъцтатот потери частиц нри тран25 спортировке, а в ряде случаев уменьшают и сечение потока частиц (mo, в свою очередь, позволяет уменьшить аиертуру системы и сделать установку более портативной) .

В нашем случае магнитное поле одновременза но способствует фокусировке струй электронного потока в отверстия s электроде 3. Доля элект1. Устройство для электрического торможиия пучка заряженных частиц по авт. св. Р 376027, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения потока вторичных электронов, в третьем электроде напротив центра каждой ячейки, образованной элементами второго электрода, выполнены отверстия, за которыми установлены цилиндры Фарадея, подключенные к третьему электроду через источник положительного потенциала.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что цилиндры Фарадея снабжены средствамн для создания осевого магнитного поля и в их торцовых стенках установлены острия из ферромагнитного материала, 686160

Составитель Г. Петрова

Редактор И. Шубина Техред М.Петко Корректор С. Шекмар

Заказ 5370/55 Тираж 944 Подписное

UHHHfIH Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открьпий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4