СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНАЯ МУЛЬТИПОЛЬНАЯ ЛИНЗА
SUPERHIGH FREQUENCY MULTIPOLE LENS

Изобретение относится к элементам фокусирующих систем электронно-лучевых и СВЧ приборов с поперечно-протяженным взаимодействием и может быть использовано также в ускорительной технике и электронной микроскопии.
Известны иммерсионные и одиночные электростатические линзы, состоящие из двух или трех цилиндрических электродов с различными значениями постоянного потенциала, внутри которых проходит электронный поток [Жигарев А.А. Электронно-лучевые приборы. М.-Л.: Энергия, 1965]. При анализе таких структур не учитываются фазовые условия и время пролета электронов через линзу, поскольку оно много меньше периода возбуждаемых колебаний.
Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению являются квадрупольные и мультипольные электростатические линзы, содержащие кольцевую систему идентичных электродов с гиперболическими поверхностями, на которые подаются постоянные и чередующиеся по значению положительные и отрицательные потенциалы [Силадьи М. Электронная и ионная оптика. М.: Мир, 1990]. Однако такие линзы используются лишь для фокусировки или ускорения пучков заряженных частиц, а также для коррекции аберраций.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание СВЧ мультипольной линзы, обеспечивающей возможность одновременной фокусировки и длительного взаимодействия пучка заряженных частиц с поперечно-протяженным электромагнитным полем и непрерывным отбором энергии.
Решение технической задачи достигается тем, что в сверхвысокочастотной мультипольной линзе, содержащей резонаторную систему, включающую, по меньшей мере, четыре электрода, соединенных последовательно через один и расположенных симметрично по окружности коаксиально проходящему внутри потоку заряженных частиц, согласно предлагаемому изобретению электроды резонаторной системы выполнены в виде резонансных отрезков круглых металлических стержней с, по меньшей мере, шестью симметрично расположенными продольными канавками, ширина которых равна их глубине и равна четверти замедленной длины волны.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении всей совокупности заявляемых существенных признаков, является создание длительного взаимодействия пучка заряженных частиц с поперечно-протяженным электромагнитным полем, что позволяет обеспечить одновременно фокусировку и непрерывный отбор энергии.
Предлагаемая сверхвысокочастотная мультипольная линза иллюстрируется чертежами, где
на фиг.1 представлена изометрия линзы-октуполя, состоящей из восьми электродов;
на фиг.2 представлено сечение упомянутой линзы и показано также статическое распределение потенциала в такой линзе при подаче на ее электроды постоянных напряжений ±V, рассчитанное по формулам:
где
0
2R - внешний диаметр металлического стержня, h - глубина канавок металлического стержня,
0
2r - внутренний диаметр резонаторной системы.
Конструкция сверхвысокочастотной мультипольной линзы (фиг.1, 2) содержит резонаторную систему, состоящую, например, из восьми электродов, соединенных последовательно через один и расположенных симметрично по окружности коаксиально проходящему внутри потоку заряженных частиц.
Работа сверхвысокочастотной мультипольной линзы в качестве резонатора накачки параметрического усилителя синхронных волн осуществляется следующим образом.
н
нm
н
н
н
н
н
r
0
Электроды линзы питаются от генератора накачки, имеют потенциалы V=±Vcosωt и создают поперечное поле с частотой ω. Усиление сигнала происходит в линзе при выполнении условия активной связи быстрой и медленной синхронных волн, когда ω=0; β=0, где β - постоянная распространения волны накачки. При этом постоянные распространения поперечных волн электронного потока, вращающегося с частотой ω, определяются формулой , где i=1, 2, 3, 4 - номера нормальных поперечных волн электронного пучка, ξ - число пар электродов мультипольной линзы, u - средняя скорость электронного потока. Кроме этого, наряду с поперечным параметрическим усилением, возрастание амплитуды сигнала происходит за счет продольного взаимодействия, основанного на замедлении электронов, сходного с процессом усиления в лампе с бегущей волной. Тем самым обеспечивается возможность достижения поставленной цели - одновременной фокусировки и длительного взаимодействия пучка заряженных частиц с поперечно-протяженным электромагнитным полем и непрерывным отбором энергии, что также позволяет использовать такую линзу для работы с широким пучком заряженных частиц.