Средства и методы высокоинформативного энерго- и масс-анализа вещества

• Автор: Трубицын, Андрей Афанасьевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 262 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Работа посвящена развитию и созданию средств энерго- и масс-анализа вещества. При этом основной акцент сделан на электростатические системы, поля которых моделируются численно. В работе показано, что такие системы по ряду характеристик превосходят традиционные системы с аналитически выражаемыми (идеальными) полями.
В качестве метода расчета полей в работе использован метод граничных элементов (МГЭ). Решена основная проблема использования МГЭ - проблема точности вычислений, возникающая вследствие сингулярного поведения подынтегральных функций, путем разработки методики оценки интегралов от функций с особенностью и квази-особенностью.
Предложен корреляционный метод поиска условий угловой фокусировки высокого порядка в системах произвольной геометрии. Метод позволил реализовать системный подход к построению схем электронной оптики по критерию «порядок угловой фокусировки».
Предложенная совокупность численных методов легла в основу программного приложения «ФОКУС» моделирования статических и динамических систем корпускулярной оптики.
Проведено моделирование систем с неаналитическими полями на базе цилиндрической, конической и сферической оптики в обеспечение существенного улучшения основных потребительских параметров - простоты конструкции, разрешения и чувствительности анализа; показана возможность эффективного использования таких систем в энерго-угловом и энерго-масс-исследовании потоков заряженных частиц.
Предложены методы обработки выходной спектральной информации, позволяющие существенным образом улучшить отношение сигнал/шум и разрешение сигналов, и тем самым повысить информативность спектрального анализа при незначительных материальных и временных затратах.
Проведено экспериментальное исследование ряда разработанных устройств, в том числе в составе технологического оборудования. Подтверждена перспективность использования систем с неаналитически выражаемыми полями в корпускулярной спектроскопии.

Глава 1. Аналитический обзор литературы. Постановка задачи

1.1. Обзор методов анализа вещества и поверхности твердого тела

1.1.1. Зондирование фотонами
1.1.2. Зондирование электронами
1.1.3. Зондирование ионами
1.2. Проблемы и задачи энергоанализа потоков электронов
1.3. Реализация методов энергоанализа потоков заряженных частиц
1.4. Проблемы и задачи энергоанализа потоков электронов с угловым разрешением
1.5. Реализация методов энергоанализа потоков электронов с угловым разрешением
1.6. Проблемы и задачи масс-анализа потоков ионов с энергетическим
и угловым разрешением
1.7. Реализация методов масс-анализа потоков ионов с энергетическим
и угловым разрешением
1.8. Методы численного моделирования систем корпускулярной
оптики
1.8.1. Методы численного моделирования электростатических
полей
1.8.1.1. Решение задач теории потенциала методом граничных элементов
1.8.1.2. Приемы вычисления сингулярных интегралов и интегралов от функций с особенностью
1.8.2. Методы траєкторного анализа систем корпускулярной
оптики

Численный траекторный анализ позволил разработать многоступенчатые аксиально-симметричные системы на базе тороидальных зеркал и сферических дефлекторов для исследования энергетических зависимостей потоков вторичных электронов при высоких значениях светосилы и разрешающей способности [100-101]. На рис. 1.1 представлен пример конфигурации анализатора такого типа [101], состоящего из собирающего зеркала, полой цилиндрической линзы и полусферического дефлектора.
и=о
Рис. 1.1. Схема высоко-трансмиссионого энергетического анализатора.
Последний пример является яркой демонстрацией потенциальных возможностей численных методик проектирования - на базе систем с неаналитическими и почти аналитическими полями могут быть созданы устройства в обеспечение экспериментальных работ с требованиями к параметрам самого разного уровня.
1.4. Проблемы и задачи энергоанализа потоков электронов с угловым
разрешением
В рамках одноэлектронной модели с использованием поляризованного падающего света интенсивность испускания фотоэлектронов для каждой мо-