173743. lajstromszámú szabadalom • Kvadrupol elektrolencse és többcélú tizenkétpólusú elektronlencse
5 173743 6 Az 1. ábrán az r, a polárkoordinátákkal megadott pontokat tartalmazó R sugarú T munkateret palástszelet alakú 1, 2, 3 és 4 elektródák veszik körül, amelyeket a 2e központi szögű térközök választanak el. Az 1, 2, 3 és 4 elektródák Vi, V2, V3, illetve V4 potenciálon vannak. Ábránkon az 1 elektródák irányába mutató sík az x fősík, a 4 elektródák irányába mutató sík pedig az y fősík. A lencse potenciáleloszlásában szereplő együtt* hatók értékeit jó közelítéssel az 2 nïï nrr a2n =----[(Vi-V2)sin — + (V2-V3)sin — + MT 6 l 5í17T + (V 3 — V4 )sin —— ] I0(2ne) 6 összefüggés adja meg, ahol 2 n az együttható sorszáma, I0 a zérusrendű Bessel függvény. Ha a V, potenciált választjuk pozitív alappotenciálnak (V, = U0) a V4 potenciált negatív alappotenciálnak azt kapjuk, hogy 3 3 a2 = — U0l0(2e) a14 = — —— U0I0(14e) 7T 3 3 ai o = —UoIo(10e) a22-----—— U0Io(22e) T7T 117r stb., a közbeeső együtthatók - így Q& is - zérussal egyenlők. Mivel azonban 2e = 27°34’ esetén I0 (10e) = 0, a Q10 együttható is kiküszöbölhető, tehát olyan kvadrupol lencséhez jutottunk, amelyben az első jelen levő felharmonikus összetevők (-^-)14-el, illetve (_L j22-ej arányosak. Mivel a munkatérben r<R, továbbá 2 e fenti értéke mellett = 0,900 U0, Qi 4 = 0,049 U0, Q21 =0,007 U0, a lencse igen jól megközelíti az ideális kvadrupol lencsét. Az ideális kvadrupol lencse még jobban megközelíthető, ha tizenhat, húsz, huszonnégy vagy még több elektródát alkalmazunk. A potenciálok és az elektródák (pólusok) közötti rések méretének megfelelő megválasztásával elérhető, hogy az ideális kvadrupolteret meghatározó Q2 együttható után csak az (N + 2)-edik, majd a (2N - 2)-edik együttható jelenik meg (itt N az elektródák, illetve pólusok száma) és ezek is elhanyagolhatóan kicsinyek lesznek. így pl. 20 lemezelektróda esetén csak Qa 2, majd Qa g jelentkezik és ha 2 e= 15° 19’-nek választjuk a lemezek közötti rések méretét, akkor Gb = 0,966 U0) Q22 =0,021 U0 és Qag =0,008 U0. Ugyanebben az ábrabeli elrendezésben, ha a Vt potenciál az U kvadrupol, V oktopol és W dodekapol pozitív alappotenciálok összege (Vi=U + V + W), a V4 potenciál a negatív kvadrupol, a pozitív oktopol és a negatív dodekapol alappotenciálok összege (V4 = -U + V —W), továbbá V2 = -pV -W és v3 = —pV + W, ahol a p arányossági tényező értéke 0 és 1 közé esik, akkor a harmad- és ötödrendű képhibák egyidejű kompenzálására is alkalmas fókuszáló eszközhöz jutunk. Az U kvadrupol alappotenciál a fokuszálásra, a V oktopolpotenciál a harmadrendű képhiba korrekciójára, a W dodekapol potenciál pedig az ötödrendű képhiba korrekciójára szolgál. p=l/2 esetén a lencse szimmetrikus és a potenciál tengelymenti összetevője eltűnik. Ha több ilyen lencsét helyezünk el egymás után, az így kialakított rendszer sztigmatikus leképezésre is alkalmas. Ha az elektromos elektronlencsét koncentrikusan elrendezett külső fémhengerrel vagy más burkoló elektródával vesszük körül, amelynek potenciálja az elektródák átlagpotenciáljával megegyezik, az így kapott lencse potenciáleloszlása hasonló lesz az eredeti lencséhez. A burkoló elektróda alkalmazásának előnye az, hogy árnyékolja a külső terek zavaró hatását és egyben a belső elektródák rögzítésére is használható. Ilyen példaképpeni elrendezést mutat be a 2. ábra, amelyben a V)—V6 potenciálú, R sugarú henger felületén elhelyezett 1-6 elektródákat az Rk sugarú hengeres 7 burkoló elektróda veszi körül. A találmány előállítása igen egyszerű, elektromos elektronlencse esetén pl. mindössze egy fémhenger hosszirányú felszeletelését igényli. Az elektródák sík lemezek, vagy más egyszerű alakzatok is lehetnek. A megfelelő potenciálok előállításához csak feszültségosztó szükséges. A találmány alkalmazható kvadrupol-tömegspektrométerekben, részecskegyorsítókban, elektronszondás berendezésekben, elektronmikroszkópokban stb. Alkalmazása révén elérhető előny, hogy az ideális kvadrupol-lencse nagy pontossággal megközelíthető, mégpedig igen egyszerűen előállítható elektródák, illetve mágneses pólusok segítségével, ezzel a berendezések méretei csökkennek, működési hatásfokuk megnövekszik. A találmány a magasabbrendű képhibák korrigálására is alkalmas. Szabadalmi igénypontok: 1. Kvadrupol elektronlencse, azzal jellemezve, hogy a munkatér (T) körül legalább tizenkét, vagy a tizenkettőt négyesével növelt számú, a munkatér hossztengelyével párhuzamos alkotójú, egymástól térközzel elválasztott olyan elektróda illetve mágneses pólus (1, 2, 3, 4) van elrendezve, amelyek közül minden egymással szemben levő elektróda, illetve póluspár (1-1, 2-2, 3-3, 4—4) egymással azonos potenciálú és van két-két szemben levő elektróda illetve póluspár (1-1, 4-4) irányába mutató, a munkatér tengelyén átmenő, egymásra merőleges pontosan két olyan fősík (x, y), amelyek bármelyikéhez képest a szimmetrikusan elhe5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
