iii W К RAKOWIE INSTITUTE OF NtidLEAJa DOBÓR PARAMETRÓW ELEKTROSTATYCZNEJ SOCZEWKI UNIPOTENCJALNEJ. PROGRAM DLA MASZYNY ODRA NP No 852/E

Transkrypt

1 1NP No 852/E ^ W К RAKOWIE INSTITUTE OF NtidLEAJa " '- : " V'-' C R A C O W ; REPORT No 852/E DOBÓR PARAMETRÓW ELEKTROSTATYCZNEJ SOCZEWKI UNIPOTENCJALNEJ. PROGRAM DLA MASZYNY ODRA 1204 S. LAZARSftl, E.LIPIftSKA, K. ROTOCKA iii

2 Shit report hats Ьнп reproduced direstly from the beat available oopy Распространяет: ШФОРШЩИОННЫЙ U1GHTP ПС ГОРНОЙ ЭНЕРГИИ прм Уполномоченном Правительства ПНР по Использованию Ядерной Энергии Дворец Культуры и Наука Варнава, ПОЛЬБА Available front NUCLEAR ENERGY INFORMATION drtes of tn«polish Governaent Goamiaaioner for Use of Nuclear Energy Palace of Culture and Beienoe Warsaw, POLAKD Drukuje i rozprowadzaj OŚRODEK INFORMACJI 0 EHERGII JADR0W1J Pełnomocnika Rządu d/a Wykorzystania Energii Jądrowej Warszawa, Pałao Kultury 1 Nauki Wydaje Instytut Fizyki Jądrowej Nakład ПО egz., Objętość ark.wyd. 0,8^ Ark.druk. 1,5* Data złożenia maszynopisu przez autora 9.X.l973r. Oddano do druku 13. X r.druk ukończono w listopadzie 1973г. SP-O9/250/66 Zaau 269/73

3 X швбв SOCZEWKI ШХГОХШЯШШ. ШХШАМ DUL MA82XKT ODRA 12O4-, САГОШШОН Off РАЕАНБТЕВ8 Off THE UHIPOTEHTIAL ВШСТВОЗТАТЮ I HS«THE PROGRAMME ЮВ GOMHITER ODRA ВЫЧИСЛЕНИЕ ПАРРЕТРОВ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ УНШОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЛИНЗЫ. ПРОГРАММА ДЛЯ МАШШШ США

4 II Program "PHI 1 DIII", mapla&ay dla aae&yay cyfrowej ODRA 120*, pozwala obliczjt parasetry «lektroetatycsжаз eocsewki umlpoteac^alne^ dla sadaiyoh głótmych wymiarów układu optyósmego* Tb* ^rosraamo И РИ1 amd DIXI M # ooapossd for coaputer ODRA 12CW-, вшаъ1«в to calculate the of the uaipotemtlal electroetatie lea» for give» ва1л f i I "i of th«optical eyete» e [ *-ЛЛЛ Гу^. Программа "HXI i Dixx", написана для вычислительной машиныошш 1204, разрешает вычислить параметры электростатической уншотенциалъной линзы для заданных главных размеров оптической системы.

5 Spis treści 1. 2, з Wstęp Program Przygotowanie danych Praykłaćty obliczeń dokonanych programem " FXXI i DIXI " Literatura Strona

6 1»! Najczęściej stosowanym układem optycsaym dla forso» waaia wiązki jonów, współpracującym ze źródłem joaów akceleratora B jest soczewka unipotenejałna. Soczewkę taką można otrzymać jako uki&d traech elektrod. Mogą to być Ep trzy współosiowe praesłoa^, 1иЪ cylindry znajdujące się w jednakowej odległości. W układzie takim obie zewnętrzne elektrody posiadają jednakowy potencjał róway potencjałowi obsaaru zewnętranego, prasy czym jest to najczęściej potencjał elektrody przyspieszającej /anody/. Ogniskowe takiej soczewki są więc sobie równe i są oprócz tego funkcją średnic elektrod, ich grubości i wsajeamej odległości Na rys. f przedstawiono uproszczony schemat elektryczny układu soczewek unipotencjalnjch e

7 Zaletami omawianego systemu soczewek jest to, że są one zawsze eoczewkami skupiającymi niezależnie od tego czy V b^v2 ^k "* Р 0-Ьвпс З** źródła Aatody/, Vp» potencjał soczewek zewnętrznych/. Gdy elektroda środkowa jest na potencjale katody wówesas stosunki napięć przybierają najprostasą postać. W tym przypadku stosunek napięć Vk - V1 /V^ - potencjał środkowej elektrody/ dla wszystkich wartości V 2 posiada wartość stałą, równą zeru. Ważną zaletą tego typu układu jeat stały potencjał akceleracji* Wspomniano jiiż wyżej, że ogniskowa układu soczewek unipotencjalnych jeat uwikłaną funkcją parametrów geometrycznych soczewek, tam średnic cylindrów, ich długości oraz wssajemnej odległości. Daje to szerokie możliwości wyboru żądanej wartości ogniskowej nie tylko przez regulację jej długości napięciem przyłożonym do środkowej elektrody, sle również przez zmianę parametrów geometrycznych układu. Ponieważ parametry geometryczne soczewek są zwykle ograniczone praez wymiary urządzeń w jakich pracują, wprowadsa się tzw. parametr charakterystyczny grubości vi z v ~ 1_ gdzie z^ - 1/2 długości elektrody środkowej, z^ odległość między soczewicami powiększona о г^ /rys«д./ Wartość tego parametru przyjmuje się zazwyczaj w granicach 0,3 do 0,5 /Regenstrlf/.

8 3 Dla budowanych w IFJ zestawach dls iaplarstacji josow zachodzi konieczność szybkiego doboru parametrów optycznych układu do warunków doświadczenia» Tam, gdzie nie wystarczy zzaiana potencjałów przyłożonych do układu, zachodzi konieczność doboru odpowiedniej geometrii układu. Dla szybkiej realizacji takich zadań opracowano program na maszynę cyfrową, który przy zadaniu głównych wymiarów układu optycznego pozwala szybko znaleźć pozostałe parametry układu. Program "PIXI i DIXI" został przygotowany na massysę cyfrową "Odra 1204 м w języku Algol. Rys.2 przedstawia symbole rysunkowe stosowane w achemacie blokowym programu /rys.j/, Konstrukcja programu pozwala na ręczny wybór rodzaju OT wejśei& i wyjścia" z massyny. Wciśnięcie klucza 8e 12" daje możliwość wczytania danych dla programu z monitora, co dla krótkich obliczeń jest bardzo wygodne. Klucz "11" steruje wyjściem z maszyny Wciśnięcie tego klucza na pulpicie sterowniczym powoduje wydruk wyników obliczeń bezpośrednio n monitorze * Gdy klucze "12" i "11" nie są woiśnifte maszyn, wymaga danych na taśmi perforowanej i również na olej Qtrsymujsiay wyniki. Poniżej przedstawioao program realizujący obliczenia parametrów roapatrywaa@go układu soosewek elektrosta-

9 kraniec blok iub instrukcja warunek komentarz \ / * sterowanie ręczne kkrunek rmlizaci programu rys. 2. Symbole rysunkewe

10 с deklarację imienw /mw Sftfottjw/Гу mozuwoś? wydruku \ mm: V2,N!,F, 4>^«^if^»

11 # -.Ш i D.UJL* ivaiiattfu oblioskau wyotatyosmyoh arts sa,ięoit VI środsowu^ ujlulsts 1 - V2 - zu ai/e2 t V2, Лх, Л, Jr 1,.x, -АШ)Л, 4«PAa2, B^ B-S-VJ, a2pf1, jj2df2, ss a z1, R1, Й2, 71, pool 9 -H-3 «U *M*.lliJ/(2»Ci «w-hl ^ Ł. ami

12 BJL _J. O«r ' *«.» * E1 s tale Uiste

13 8 рош1 i- < / j 4. L,ois2 $ eotout^ut (jl2 ко У Cli ó Г fonaatl '? iiao (2 Л a2 R1 line( Of

14 Program ten działa niezwykle szybko,с pozwala at ob~ licsenie w krótkim czasie wielu wariantów układu* Jaat to bardzo korzystne a tego względu, że oblicaenia bez pomocy таз купу cyfrowej są "barda* zmxune i caasochłoane oraa wymagają dokonania wielu przybliżeń rachunkowych, Ъ* Prz^Kotowanie daggch Program przygotowano dla układu sacsewek unipoteaejalnych przedstawionego na rys?. 4»

15 10 Poe*caegółnymi symbolami oznaceomo: 2L - średnice socsewek zewnętrznych 2 1Ц - średnica soczewki środkowej 2 ж. - długeść aoesewki środkowej V * 2 - odległość pomiędssy socsewkami plus 1/2 soczewki środkowej Y 2 - potencjały przyłożone do soezewek Program wymaga następujących danych: к - ilość kompletów danych V2 - napięcie zewnętrznej elektrody Z 1 HI - parametr charakterystyczny grubości równy ;- 2 X - etoeunek potencjałów osiowych 2 F - długość ogniskowej Układ soczewek elektrostatycznych z grubą soczewką środkową może być traktowany j&ko system podwójnych soczewek cienkich złączonych /Regenstreif/ Ponieważ długość ogniskowej narzucają często warunki konstrukcyjne, a napięcie V 2 podyktowane jest zazwyczaj napięciem przyłożonym do śr-ódłs, prsyjętc oba te parametry jako dane. Pozostałe parametry układu wylics&yó można stosując następujące założenia: 1/ Z wykresu /rye.i?/ wybiera się wartość a: biorąc pod uw*gę tę csęść krzywej w zakresie, której n&pifoia p2?3yłoż ae do oocsewtó w na

16 11 Gdzie: potencjał w środku układu potencjał w kierunku elektrod zewnętrznych Г tar i л «ar u».

17 12 2/ Wartość?Ц należy wsiać możliwie bliską wartości dla otrzymania słusamych wartości dla Rg Przyjęto więc 1Ц - s^ 3/ Wartość Rg przyjęto rówaą 0,5 R^ jest to przybliżenie, Które przyjimije się za podstawę licsenla w większości przypadków/glaser/ 4/ Przyjmuje sięv**^- tsw, parametr charaktei^stycany grubości wybrany 2 wykresu /гуа,5/ в Л atrz wstęp/ 5/ Stosowany гакгез napięć nie wymaga precyzyjnego obliczania kraywisn krawędsi soczewki. W awiązfcu г czym dla napięć do 60 Ш przyjęto r = 5 яши 6/ Musi być saciiowany warunek Zj - 2^ ^ 3 - przypadek ogólny w praktyce /Helenstreif/ Przy tych założeniach i wprowadzając pięć zdefiniowanych współ czynników A & obliczono z poniższych wzorów paiaroetry.geometryczne ukisdu i napięcie środkowej elektrody. c-ił

18 po e ssr lt ift * Oznaczając przez 0( - Ci ~!tt-vkf-v) f ^ Oznaczając' przez f-x (5) 1 С, Podstawiając 7a /.. ** Stąd

19 (7) Podstawiając Stąd Zdolność skupiając» całego układu jest rowa» Podstawiając poieyżaae WZ017 L = i^ Stąd możemy obliczyć otrajisujeiąy Korzystając z podanych wyżej założeń 2 S 3 e 4 Z Ą «2 Ostatni parametr- - napięcie V. obliczamy z potencjałów związanych funkcją wri]cłeuaą zarówno z. napięciami. V^, Vg j a Jc i а рагаивfenami geobjetrycanymi ujcładu»

20 Podstawiając М - 2z r Z. f <* ф(0) - Ki * f Й I z* Eors^stftjąo г sałośsjaia

21 V,M * VtLi - V,Li V, (XM - XL Z - M + L W t e n sposób zostały wyznjicson waisystkia parametry układu socsewek* Pralkiitdj oblicseń dokomusjch " PISI i РИД и oblicseń dla dwunastu kompletów danych pokaa&se są w t a beli 1, Program powyżsssy sastosowano do SAprojektowania konkretnego układu optycznego o ogniskowej 11em O9 współpracującego ze źródłem jonów separatora iaotopów» Paraaeti^r układu, jak widać z taueli 1», йоь^шло t«k, aby własności optyczne układu były mało czułe na potencjał elektrod.

22 D a a e tabele i 1. у a i к i Ьр V? 'NI X P a Ш. m R 1 m R? m V i ^ ^ f ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ *45 0 e 45 O ,4 0,45 0,5 0? 428 0,428 0,428 0, ,3 0,28 0,25 0 *3 0 « , ,3 0,3 0,3 0,115 0,115 0,115 0,115 0,115 0,115 0,115 0,115 0,105 0,14 0,115 0,12 0,03 0 O31 9 0,034 0 O57 s s 0,028 0,031 0 O35 s 0,027 0,028 0,03 0,031 i 0,067 0 O7 8 0 O ,068 0,069 0,07 0,07 0,063 0,066 0,069 0,072 0,03 0, ,037 0,024 0,023 0,031 0,035 0,027 0,028 0,03 0,031 0,015 0,016 0,017 0, fi 0,014 0,016 0,018 0,014 0, s 0, i Л -4849,4 3914, »2 2 9,7-5790,1-5790, N3

23 Ljteratus, yi, 114, /1951/. 2» W.Glaaer» Grumdlagem der isloktroaeaoptik, Sprimger-Veriag Wi a f 19>2 5. G*D.Archard - Brit, J» Appl. PSsja. 2» ^30, Л956/, 4. F,Heis, OsEaaig - Optlk t 201 e /1949/. 5» W.Uppert, W.Pohlit - Optllr. ^9 456, /1952/. 6. W.Uppearfc, W.Jfc&Ilt «Optik 11., 181, /1954/, 7. PoOllemdorf - Sleictromik des Siazelelelctroas,, Springsr-Yerlag Ш1@ж» S o J.Vime «- Brit. J. Appl. Kaye S s /I960/. 9. SoFaSkikowski - Język AlgoS. 6U, PBN W«wa /1970/.