Электростатические энергоанализаторы на основе ограниченного цилиндрического поля для дистанционной электронной спектроскопии поверхностей твердых тел

• Автор: Ильина, Ирина Аркадьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОРЫ

(аналитический обзор)

1.1. Типы электростатических энергоанализаторов и их характеристики.

1Л Л. Электронная спектроскопия, электростатические

энергоанализаторы

1.1.2. Параметры, характеризующие дисперсионные анализаторы

1.1.3. Типы дисперсионных энергоанализаторов

1.1.4. Анализаторы с тормозящим полем

1.1.5. Новые конфигурации энергоанализаторов

1.2. Применение электростатических эпергоанализаторов в исследованиях.
1.3. Компьютерные расчеты
2. ФОКУСИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ОГРАНИЧЕННОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
2.1. Фокусирующее поле, методы расчетов характеристик фокусировки..
2.2. Результаты расчетов
2.2.1. Конфигурация энергоанализатора ТИ
2.2.2. Конфигурация энергоанализатора для протяженного источника.
2.2.3. Конфигурация анализатора 1
2.2.4. Электронно-оптическая схема с электронной настройкой фокусировки энергоанализатора
2.2.5. Детали расчетов
Основные выводы по Главе
3. ФОКУСИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ДЛЯ ПРОТЯЖЕННОГО ИСТОЧНИКА В ПОЛНОЙ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ
ОБЛАСТИ ЭНЕРГИЙ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
Основные выводы по Главе 3:
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы и связь работы с планами и программами
Электростатические энергоанализаторы представляют собой группу основных приборов, необходимых для использования в электронной и ионной спектроскопии. Различные типы электростатических энергоанализаторов отличаются как электронно-оптическими характеристиками, так и особенностями конструкции, простотой, экономичностью, удобством использования при проведении исследований элементного состава материалов и структуры поверхности в решении конкретных задач по физике конденсированного состояния [1 - 3]. Большие методические проблемы возникают при проведении исследований материалов в ядерной технике и исследованиях в космосе. В этих случаях используемый энергоанализатор должен обеспечивать возможность дистанционного исследования объекта (точечного или протяженного) с сохранением высокой разрешающей способности по энергии, чувствительности и соотношения сигнал/шум. Известные и широко используемые в настоящее время электростатические энергоанализаторы, как правило, не обеспечивают такой возможности, что существенно ограничивает область эффективного применения электронной спектроскопии в современных технологиях и исследованиях. Решаемые в диссертации задачи непосредственным образом способствуют разрешению указанных выше проблем. Диссертационная работа была частично выполнена в соответствии с комплексным проектом, выполняемым Ульяновским государственным университетом по договору №460 от 15.07.2010 г. с ОАО «ГНЦ НИИАР» по производству стержней управления и защиты с повышенными эксплуатационными характеристиками для действующих и инновационных ядерных реакторов 1У-го поколения. Данный проект является
одним из 101 проекта, выполняемого в рамках программы государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства, и осуществляется в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. №218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства».
Цели и задачи работы
Цель работы - создание расчетной модели электростатических энергоанализаторов с высокой разрешающей способностью по энергии, способных производить энергетический анализ заряженных частиц, эмитированных удаленными и протяженными источниками.
Для достижения указанной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:
- Рассчитать фокусирующие и диспергирующие свойства ограниченного цилиндрического поля для точечного источника нерелятивистских заряженных частиц, расположенного на оси симметрии системы,
- Рассчитать фокусирующие и диспергирующие свойства ограниченного цилиндрического поля для протяженного источника нерелятивистских заряженных частиц,
- Рассчитать фокусирующие и диспергирующие свойства цилиндрического поля для протяженного источника релятивистских заряженных частиц,
- Промоделировать и рассчитать электронно-оптическую схему энергоанализатора с возможностью настройки параметров фокусировки

большими углами расходимости. Экспериментальная проверка энергоанализатора осуществлялась для электронного пучка с энергией электронов 2.5 кэВ, когда ток составлял 60 мА.
Заслуживает внимания ветвь исследований, посвященных квазиконическим энергоанализаторам [55, 56]. Эти приборы являются, по сути, кардинальной перестройкой цилиндрического зеркала и перехода от его простых цилиндрических поверхностей к математически обоснованным криволинейным поверхностям. Цель этих модификаций - повысить дисперсию и качество фокусировки, а также уменьшить влияние краевых полей по сравнению с традиционным цилиндрическим зеркалом.
В работе [57] представлена конструкция магнитного энергоанализатора параллельных потоков электронов с диапазоном регистрируемых энергий 50 -2500 эВ. Результаты моделирования показывают, что анализатор будет иметь среднее относительное разрешение по энергии 0,33%. Анализатор достаточно мал по размерам, что позволит использовать его как встроенную дополнительную систему внутри камеры сканирующего оже электронного спектрометра или сканирующего электронного микроскопа.
Электростатические энергоанализаторы находят также большое применение в исследованиях ионных пучков в очень широких интервалах энергий. В работе [58] описывается электростатический энергоанализатор с секторным цилиндрическим полем (90°), обладающий высокой дисперсией в фокусе первого порядка для анализа ионов с энергиями до 1 МэВ. В работе [59] описан комбинированный электростатический энергоанализатор, совмещенный с времяпролетным масс спектрометром, который успешно использовался для анализа кинетических энергий ионов, возникающих при лазерной десорбции с энергиями в интервале всего 10-20 эВ.
Накопленные к настоящему времени знания в области электростатических энергоанализаторов позволяют структурировать и систематизировать информацию об анализаторах для ее последующего применения.