Исследование скользящего взаимодействия пучков ускоренных электронов с гладкими и структурированными диэлектрическими поверхностями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Кубанкина Анна Андреевна

• Кубанкина Анна Андреевна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Кубанкина Анна Андреевна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор литературы

Глава 2. Экспериментальная установка. Мишени. Схема выполнения измерений

2.1 Экспериментальная установка

2.2 Мишени. Схема выполнения измерений

Глава 3. Экспериментальное исследование процесса скользящего взаимодействия пучка электронов с диэлектрическими поверхностями

3.1 Гладкие диэлектрические поверхности и каналы

3.2 Структурированные диэлектрические пластины с металлизированной поверхностью и каналы из них

Глава 4. Результат моделирования процесса взаимодействия электронов со структурированной диэлектрической поверхностью

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Описание патента

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность тематики исследования

Пучки заряженных частиц находят все более широкое применение не только в области фундаментальной науки, но и в различных технологических процессах, медицине, а также при инспекционно-досмотровом контроле. Одной из основных проблем, связанных с пучковыми технологиями, является формирование, фокусировка и транспортировка пучков заряженных частиц к объекту обработки или исследования. В настоящее время данная проблема решается путем использования технически достаточно сложных и дорогостоящих устройств, требующих внешних источников питания. Одной из альтернатив таким устройствам является использование диэлектрических пластин и диэлектрических каналов, на поверхности которых при взаимодействии с пучком образуется динамическое самосогласованное зарядовое распределение, препятствующее непосредственному контакту диэлектрика с заряженными частицами пучка.

Идея управления пучками заряженных частиц с помощью диэлектрических каналов без использования магнитооптических систем возникла в 80-х годах прошлого века. Результаты работ демонстрировали возможность отклонения электронов от их первоначального направления на малые углы без существенных потерь энергии и интенсивности пучка. В дальнейшем возможность управления пространственными характеристиками пучка заряженных частиц с помощью диэлектрических каналов различной конфигурации без использования магнитооптических систем получила название гайдинг-эффекта (guiding) и была исследована различными группами ученых для разных заряженных частиц: ионов, протонов, мюонов, позитронов, электронов и др. Гайдинг-эффект заключается в контролируемом управлении пространственными характеристиками пучков заряженных частиц и реализуется за счет изменения физических свойств материала поверхности при воздействии на нее пучком частиц. Ценность данного

эффекта состоит в отсутствии необходимости использования дополнительных источников энергии для контролируемого отклонения и фокусировки пучков заряженных частиц, а также в миниатюрном размере управляющих данными характеристиками элементов, поэтому он нашёл прикладное применение в медицине для локального облучения клеток пучками ионов.

В связи с этим, исследование новых возможностей реализации гайдинг-эффекта, в частности, исследование взаимодействия пучков ускоренных электронов с металлизированными поверхностными периодическими структурами, позволит решить ряд задач при разработке энергоэффективных методов контроля пространственных характеристик пучков заряженных частиц и при исследовании модификации свойств веществ под воздействием пучков ионизирующих излучений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование скользящего взаимодействия пучков ускоренных электронов с гладкими и структурированными диэлектрическими поверхностями»

Цель и задачи работы

Целью диссертационной работы является экспериментальное и теоретическое исследование процессов скользящего взаимодействия пучков ускоренных электронов с энергией порядка 10 кэВ с гладкими и структурированными диэлектрическими поверхностями, а также прохождения пучков электронов через каналы, сформированные такими поверхностями.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Модернизировать экспериментальную установку для проведения исследований механизмов взаимодействия пучков электронов с энергией 10 кэВ с диэлектрическими гладкими и структурированными поверхностями и каналами.

2. Экспериментально исследовать прохождение пучка ускоренных электронов вблизи гладкой диэлектрической поверхности и через диэлектрический канал, сформированный из таких пластин.

3. Экспериментально исследовать прохождение пучка ускоренных электронов вблизи структурированной металлизированной диэлектрической поверхности и через диэлектрический канал, сформированный из таких пластин.

4. Определить влияние структуры поверхности металлизированных диэлектриков на пространственно-угловые характеристики пучка ускоренных электронов.

Разработать физико-математическую модель, описывающую прохождение пучка заряженных частиц вблизи структурированной металлизированной поверхности.

Научная новизна полученных результатов

До настоящей работы гайдинг-эффект изучался только для случая взаимодействия пучков ускоренных ионов и электронов с гладкими диэлектрическими поверхностями. В настоящей работе впервые рассмотрено влияние металлизации поверхности диэлектриков и наличия поверхностной периодической структуры на данный эффект. Выполненные исследования впервые показали наличие гайдинг-эффекта при использовании металлизации поверхности диэлектрика. Данный подход выгодно отличается от стандартного гайдинг-эффекта на диэлектрических поверхностях более простой возможностью контроля исследуемого эффекта в виду наличия равномерного распределения электронной плотности по поверхности. Вторым наиболее важным результатом является обнаружение дополнительного вклада в исследуемый эффект периодической поверхностной структуры, что позволяет в разы увеличить эффективность использования гайдинг-эффекта для управления пространственными характеристиками пучков ускоренных заряженных частиц.

Научная и практическая значимость полученных результатов

Научная значимость работы заключается в том, что в ходе выполнения исследования были получены новые знания в области взаимодействия пучков заряженных частиц с веществом. Впервые рассмотрен и зафиксирован гайдинг-эффект при взаимодействии пучка ускоренных электронов с металлизированными поверхностями диэлектриков. Также показан вклад в проявление данного эффекта периодической поверхностной структуры.

Практическая значимость заключается в получении результатов, которые найдут применение в ускорительной технике при создании устройств, позволяющих управлять пространственными и угловыми параметрами пучков заряженных частиц, существенно уменьшив их габариты и увеличив энергоэффективность.

Методы исследований

Экспериментальные исследования выполнялись на базе международной научно-образовательной лаборатории радиационной физики НИУ «БелГУ». В рамках настоящей работы была модернизирована ранее разработанная и апробированная установка, включающая современное оборудование. В рамках выполненных исследований использовались методы ядерной физики и физики конденсированного состояния вещества, в частности, методы контроля и диагностики спектрально-угловых характеристик пучков ускоренных заряженных частиц и электронной микроскпии. Автоматизация эксперимента была реализована на основе графического языка программирования LabVIEW, обработка полученных результатов проводилась на основе пакета прикладных программ OriginPro.

Достоверность полученных результатов

Достоверность результатов представленных исследований подтверждается сертифицированным оборудованием, откалиброванным в условиях проведения экспериментов, малой величиной статистической ошибки, повторяемостью результатов и соответствием полученных результатов расчётам, выполненным на основе апробированных методов физико-математического моделирования.

Положения, выносимые на защиту:

1. При взаимодействии электронов с плоскостью диэлектрических образцов, имеющих поликристаллическую и кристаллическую структуру, реализуется эффект управления (гайдинг-эффект) пучком ускоренных электронов.

2. Металлизация диэлектрической поверхности позволяет реализовать гайдинг-эффект, возникающий в процессе скользящего взаимодействия пучка ускоренных электронов с поверхностями различных веществ.

3. При взаимодействии пучка ускоренных электронов с металлизированными одномерными структурированными поверхностями эффект управления более ярко выражен в случае, когда направление движения электронов перпендикулярно структуре.

Список научных мероприятий, на которых обсуждались результаты, полученные в рамках выполнения диссертационного исследования

- Международная Тулиновская конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, Россия, г. Москва, 2016 г., 2017 г., 2018 г., 2019 г., 2020 г., 2021 г.;

- 6th International conference on «Charged and Neutral Particles Channeling Phenomena - Channeling», Италия, г. Сирмионе Дезенцано-дель-Гарда, 2016 г.;

- 14-я Курчатовская молодежная научная школа, Россия, г. Москва, 2016 г.;

- XXIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2016», Россия г. Москва, 2016 г.;

- 5th International Conference on «Electron, Positron, Neutron and X-ray Scattering under External Influences», Армения, Ереван, 2017 г.;

- International symposium radiation from relativistic electrons in periodic structures (RREPS-2017), Германия, г. Гамбург, 2017 г.;

- Школа ПИЯФ по физике конденсированного состояния, Россия, г. Санкт-Петербург, 2016 г., 2017 г., 2018 г.;

- International symposium radiation from relativistic electrons in periodic structures (RREPS-2019), Россия, г. Белгород, 2019 г.

Список публикаций автора по теме диссертации

Статьи:

1. Вохмянина К. А., Каплий А. А., Кубанкин А.С., Сотникова В.С., Никуличева Т.Б., Чепурнов А.С. Особенности скользящего взаимодействия быстрых электронов с диэлектрическими поверхностями / Вестник Московского университета. Сер. 3. Физика. Астрономия. - 2017. - № 1. - С. 42-47.

2. Vokhmyanina K. A., Sotnikova V. S., Kaplii A. A., Kubankin A. S., Ivashuk O. O., Kishin I. A., Nazhmudinov R. M., Sotnikov A. V. Possibility of using dielectric channels as deflecting systems for controlling accelerated electron beams / Glass and Ceramics. - 2018. - Vol. 74, № 9-10. - P. 355-357.

3. Vokhmyanina K. A., Sotnikova V. S., Sotnikov A. V., Kaplii A. A., Nikulicheva T. B., Kubankin A. S., Kishin I. A. Modeling the process of interaction of

10keV electrons with a plane dielectric surface / Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2018. - Vol. 422. - P.91-93.

Результаты интеллектуальной деятельности:

1. Патент № 168791 на полезную модель «Диэлектрический рельефный дефлектор пучка электронов», 2017 г.;

2. Свидетельство № 2017615350 о государственной регистрации программы для ЭВМ «Моделирование и оптимизация параметров катодного узла электронной пушки», 2017 г.;

3. Свидетельство № 2018618728 о государственной регистрации программы для ЭВМ «Моделирование электрического поля, создаваемого двумя пироэлектрическими кристаллами», 2018 г.

Личный вклад автора

Соискатель внёс основной вклад во все этапы работы: постановка задач, обзор научной и технической литературы, аналитические расчёты и компьютерное моделирование, разработка экспериментальной установки, необходимой для решения поставленных задач, разработка и испытание методик проведения экспериментов, постановка и проведение экспериментов, обработка экспериментальных данных. Оформлению публикаций предшествовали коллективные обсуждения, тексты публикаций написаны в основном соискателем.

Связь работы с научными программами

В ходе работы над диссертацией автор участвовал в научном проекте государственного задания № FZWG-2020-0032 (2019-1569) «Исследование новых

эффектов в процессах взаимодействия ускоренных заряженных частиц с веществом».

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и сокращений. Объем диссертации - 112 страниц, включая 92 Рисунка и 2 таблицы. Список литературы состоит из 95 наименований.

Содержание работы

Во введении сформулирована цель и задачи исследований; сформулированы основные положения, выносимые на защиту; показана научная новизна и практическая значимость полученных в работе результатов; даны сведения о публикациях.

В первой главе диссертации приводится описание экспериментальных исследований в области изучения взаимодействия пучков ускоренных заряженных частиц с диэлектрическими поверхностями, в том числе структурированными. Представлено описание подходов к изучению механизма реализации процесса прохождения пучка электронов вблизи диэлектрической поверхности или через канал, изготовленный из диэлектрического материала, при которых потеря энергии частиц минимальна, а интенсивность максимальна.

Анализ известных экспериментальных исследований указывает на то, что алгоритм реализации процесса управления пучком электронов, который под скользящими улами взаимодействует с гладкими и структурированными поверхностями или проходит через канал, сформированный из таких поверхностей не существует. Более того, процесс движения пучка вблизи структурированной метализированной поверхности, которая не заземлена, раннее не был исследован и не имеет теоретического обоснования.

Во второй главе описана экспериментальная установка, разработанная на базе международной научно-образовательной лаборатории радиационной физики, которая позволила решить все поставленные задачи. Описаны все составляющие экспериментальной установки, а также их назначение. Одним из основных устройств для проведения экспериментов является гониометр с тремя степенями свободы, выполненный из немагнитных материалов, который обеспечивает возможность линейного перемещения мишени в поперечном направлении относительно оси падающего пучка электронов. Гониометр позволяет контролировать угол взаимодействия пучка электронов с плоскостью поверхности мишени с точностью ±0.1°. Также, в данной главе описаны мишени, исследуемые в рамках диссертационного исследования, и схемы измерения смещения следа пучка, после прохождения вблизи диэлектрической поверхности и через канал, сформированный диэлектрическими поверхностями.

В третьей главе приведены результаты проведенных экспериментальных исследований взаимодейцствия пучков ускоренных электронов с гладкими и структурированными поверхностями, которые указывают на следующие особенности:

- каналы, сформированные из пластин, которые изготовлены из керамики и кристаллов, способны отклонять пучок электронов от его первоначального направления;

- усиление эффекта отклонения пучка электронов от структурированной поверхности наблюдается в случае, когда направление движения электронов перпендикулярно структуре;

- в случае, когда структурированная поверхность металлизирована, но не заземлена, также наблюдается отклонение пучка электронов от первоначального направления.

В результате выполненных исследований было установлено, что каналы, сформированные из гладких пластин, управляют пучком электронов более эффективно, чем отдельные гладкие пластины. Однако, эксперименты также показали, что отклонение пуча от первоначального направления более ярко

выражено при движении вблизи структурированной поверхности нежели вблизи гладкой. Данный факт объясняется возникновением дополнительной отталкивающей силы со стороны периодической структуры, которая оказывает существенное влияние на движение электронов. Также в рамках выполненного исследования было отмечено изменение свойств диэлектрической поверхности, в результате воздействия на нее пучком электронов, что может быть результатом длительной зарядки поверхности платины.

Указанные особенности не наблюдались при взаимодействии пучков ионов и электронов с гладкими диэлектрическими поверхностями, что указывает на иные механизмы формирования зарядового распределения на поверхности структурированных пластин.

В четвёртой главе представлена модель, позволяющая описать процесс взаимодействия электронов с энергией 10 кэВ со структурированной диэлектрической поверхностью. Для упрощения построения модели рассмотрено движение электронов вблизи периодически расположенных бесконечных равномерно заряженных струн. Период расположения струн совпадает с периодом дифракционной решетки, электрон движется строго перпендикулярно струнам. Результаты сравнения моделирования траекторий движения электронов, движущихся вблизи структурированной и плоской металлизированной поверхностей указывают на то, что пучок электронов эффективнее отклоняется структурированной поверхностью, что подтверждает результаты выполненного экспериментального исследования.

В заключении изложены ключевые результаты выполненного исследования.

Глава 1. Обзор литературы

Экспериментальные исследования 80-х годов показали возможность транспортировки и фокусировки пучков заряженных частиц через диэлектрические каналы без использования сложных магнитооптических систем [1-3]. В работах [1, 2] полученный результат был объяснен возникновением плазмы вблизи стенок диэлектрического канала: положительные ионы плазмы, втягиваясь в центр пучка, удерживали частицы от «рассыпания» и столкновения со стенками. Авторы работы [3] провели исследование по прохождению импульсных сильноточных пучков релятивистских электронов через изогнутые диэлектрические каналы и установили возможность отклонения пучка электронов от их первоначального направления движения на малые углы, причем потери энергии и интенсивности пучка были незначительными. В дальнейшем возможность управления пространственными характеристиками пучка заряженных частиц с помощью диэлектрических каналов различной конфигурации без использования магнитооптических систем получила название гайдинг-эффекта и была исследована различными группами ученых для разных заряженных частиц и видов материалов.

Исследование возможности управления многозарядными ионами было выполнено при помощи капилляров в полимерных пленках ПЭТ (полиэтилентерефталат) [4-28], в SiO2 [29-31], в Al2Oз [32-39], в поликарбонате [40-45], а также слюде [46,47]. В работах [48-56] приводятся результаты исследования возможности фокусировки пучка ионов стеклянными капиллярами конической и цилиндрической формы, которые показали значительное увеличение плотности частиц на выходе из капилляра по сравнению с первоначальной.

Российские ученые из НИИЯФ МГУ проводили исследование прохождения протонов через цилиндрические трубки, изготовленные из кварца SiO2 [57] и установили, что при определенном положении кварцевой трубки величина тока

пучка, прошедшего через нее, мало отличается от тока исходного пучка, и доля прошедшего пучка составляет примерно 80% от исходного.

Также известны эксперименты по прохождению через стеклянный микрокапилляр с такими частицами, как мюоны [58,59] и позитроны [60, 61]. Представленные результаты указывают на возможность фокусировки и увеличение плотности пучка, но подвергаются сомнению, поскольку не нашли однозначного теоретического объяснения.

С целью лучшего понимания процессов, возникающих при облучении диэлектрической поверхности пучками ионов и протонов, ученые из НИИЯФ МГУ провели исследование эффекта управления медленными многозарядными ионами и протонами с помощью одиночных пластин, изготовленных из боросиликатного стекла, и плоских каналов, образованных такими пластинами [62-65]. В результате эксперимента, измеренные энергетические спектры показали отсутствие непосредственного взаимодействия пучка с диэлектрической пластиной.

Наряду с исследованиями возможности управления пространственными характеристиками пучков ионов, протонов, мюонов, позитронов и др. с помощью диэлектрических каналов, ведутся активные исследования по изучению гайдинг-эффекта при взаимодействии пучка электронов с диэлектрическими поверхностями.

Первые эксперименты по управлению электронами при помощи диэлектрических каналов, созданных в пленке Al2O3 описал Milosavljevi'c и др. [66]. Описанные в работе экспериментальные методы исследования очень похожи на те, что применялись при изучении прохождения ионов вблизи диэлектрической поверхности. Пучок электронов генерировался электронной пушкой в вакуумной камере при давлении порядка 10-6 мбар, при этом капилляр длиной 15 мкм и диаметром 140 нм был установлен на держателе с возможностью изменения положения оси капилляра относительно направления электронного пучка, как показано на Рисунке 1.1. Радиус пучка электронов составлял 0.5-1 мм, а угловое

расхождение 0.2°-0.5°. Эксперименты были выполнены при энергии падающий электронов от 200 до 350 эВ при углах наклона 0° -12°.

Рисунок 1.1 - Схема эксперимента [66]

В результате, согласно зарегистрированным спектрам потери энергии (Рисунок 1.2), было установлено, что большинство прошедших электронов подвергаются только упругому рассеянию внутри капилляров.

Рисунок 1.2 - Спектр потери энергии прошедших электронов с энергией 290 эВ

для 0=ф= 0 ° [66]

Также была измерена интенсивность (Рисунок 1.3) прошедшего через канал электронного пучка для углов наклона 0 ^ 11,6 ° при энергии пучка: 200, 250, 290 и 350 эВ.

Рисунок 1.3 - Угловые распределения прошедших через капилляр электронов для разных углов наклона и энергий [66]

Относительная зависимость интенсивности проходящего пучка электронов, как функция угла наклона для разных энергий электронов представлена на Рисунке 1.4. Данные нормированы на интенсивность, измеренную при 0 °. Очевидно, что при увеличении энергии электронов угол наклона кривых увеличивается. Следовательно, управляющая способность капилляров увеличивается с уменьшением энергии электронов. Также было установлено, что с уменьшением энергии пучка электронов скорость его прохождения через диэлектрический капилляр также уменьшается.

—i—|—i—|—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i—i— -1 0 1 2 34 5 67 a 9 10 11 12

Tilt angle (cleg)

Рисунок 1.4 - Относительная зависимость интенсивности проходящего пучка электронов, как функция угла наклона для разных энергий электронов [66]

Полученные результаты нашли подтверждение и в более поздних работах этого автора [67-68] для ионов и электронов соответственно. В работе [68] описано исследование прохождения электронов с энергией 250 эВ через капилляр. Схема эксперимента показана на Рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 - Схема эксперимента [68]

Пучок электронов с энергией 100^350 эВ направлялся в капилляр диаметром 270 нм и длиной 15 мкм. Рабочее давление в камере составляло 3*10" 7 мбар. Типичные энергетические спектры прошедших через капилляр электронов для различных углов падения, которые в свою очередь равны углам наблюдения представлены на Рисунке 1.6.

Electron energy (eV)

Рисунок 1.6 - Энергетические спектры прошедших через капилляр электронов с

энергией 250 эВ [68]

Полученные результаты указывают на значительные потери энергии при прохождении пучка электронов через капилляр.

Экспериментальное исследование по управлению электронами при помощи диэлектрических каналов, созданных в пленке ПЭТ описал Das и др. [69]. Исследование эффекта было выполнено при более высоких энергиях падающих электронов (500 и 1000 эВ). Капилляр диаметром 200 нм и длиной 10 мкм был установлен на подложке гониометра с возможностью наклона и поворота вдоль оси. Рабочее давление в камере составляло менее 10-6 мбар. Угол наблюдения был фиксированным, а угол наклона пошагово изменялся. На Рисунках 1.7 (а) и (б)

соответственно показаны полученные зависимости интенсивности прошедших через капилляр электронов с энергиями 500 и 1000 эВ от угла наблюдения.

Рисунок 1.7 - Зависимость интенсивности прошедшего пучка электронов от угла наблюдения, (а) - энергия электронов 500 эВ и (б) - 1000 эВ [69]

Очевидно управление пучком электронов при наклоне капилляра при энергии 500 эВ на угол ф=11 , а при энергии°1000 эВ на угол ф=7 . Важно отметить, что интенсивность пучка электронов при управлении уменьшается с углом наклона. Также были измерены энергетические спектры пучка электронов, проходящего через диэлектрический капилляр. Результаты, представленные на Рисунках 1.8 и 1.9 для энергии пучка 500 и 1000 эВ соответственно, показали значительные потери энергии при похождении пучка электронов через капилляр созданный в пленке ПЭТ, что было для авторов работы неожиданно.

лло*

_ 3*id* N

^ 2K10*

E

£ ijtio*

s «•■

1

sr

[4

100

500 eV (а)1™ у = 0а А f t 1000 ¡1 J» / * A lb) ▼ = P\ ЭОО ж to {c) / 1 ** A :

Y = 7° J (d) ® ж * if=A - (e) ло : ш/0к ,o .'Щ^Щкии W=LI° , (0

1Й Ж Я) И) ЯО ffi 3» 51' МО

Electron Energy (eV)

fltO J SO MO 52D MO

Рисунок 1.8 - Энергетический спектр пучка электронов, проходящего через диэлектрический капилляр с энергией 500 эВ [69]

Т-1-1-1-—I-1-1-"-—I-1-1-"-ГН-"-г

Electron Energy (eV)

Рисунок 1.9 - Энергетический спектр пучка электронов, проходящего через диэлектрический капилляр с энергией 1000 эВ [69]

Подробное описание исследования спектрометрических характеристик пучка электронов после его прохождения через прямой микрокапилляр представлено в работе [70]. Были использованы стеклянные капилляры диаметром 0.18 (0.23) мм и длинной 14.4 (16.8) мм, установленные на подложке гониометра, имеющего две степени свободы для точного позиционирования

относительного падающего пучка электронов. Схема эксперимента представлена на Рисунке 1.10.

Рисунок 1.10 - Схема эксперимента [70]

На Рисунке 1.11 (а) и (б) показаны зависимости интенсивности прошедших через капилляр электронов с энергиями 500 и 1000 эВ соответственно, как функция угла наблюдения 0 для различных углов наклона у в диапазоне от 0° до 5.5°.

Рисунок 1.11 - Зависимость интенсивности прошедших через капилляр электронов с энергиями 500 эВ (а) и 1000 эВ (б) [70]

Также был измерен энергетический спектр электронов, прошедших через диэлектрический канал (Рисунок 1.12) при фиксированном угле наблюдения и при угле наклона у от 0 ° до 3 °.

Рисунок 1.12 - Энергетический спектр электронов, прошедших через диэлектрический канал, при энергии падающего пучка 500 эВ для 0~у [70]

Полученные авторами работы [70] спектры также, как и в работе [69], указывают на значительные потери энергии при прохождении пучков заряженных частиц через диэлектрический капилляр. Авторы продолжили свои исследования и в работе [71] привели результаты исследования прохождения электронов с энергией 500 эВ и 800 эВ через макроскопические стеклянные капилляры цилиндрической формы, которые показали прямую зависимость от времени зарядки/разрядки капилляра. На Рисунке 1.13 (а) представлены обобщенные результаты измерений интенсивности прошедшего пучка электронов, (Ь) -энергии центроида, а (с) - значения ширины на половине максимальной величины энергии 800 эВ и при у = 2.

Рисунок 1.13 - Обобщенные результаты эксперимента [71]

Из полученных результатов можно сделать вывод, что управление электронами осуществляется за счет образования равновесного зарядового распределения на стенках канала, что также подтвердили и авторы работы [72], которые провели исследование с прямым и изогнутым под углом 15° капилляром, изготовленным из SiO2. Схема эксперимента представлена на Рисунке 1.14.

Рисунок 1.14 - Схема эксперимента [72]

Исследовалось прохождение электронов с энергией 1100 эВ, 1300 эВ и 1500 эВ при токе пучка 5 мкА через капилляр.

На Рисунке 1.15 представлены результаты для изогнутого капилляра.

Рисунок 1.15 - (а) Зависимость тока пучка от положения изогнутого капилляра; (б) угловое распределение силы тока, нормированное на единицу телесного угла

[72]

На Рисунке 1.16 представлены результаты для прямого капилляра.

Рисунок 1.16 - (а) Зависимость тока пучка от положения прямого капилляра; (б) угловое распределение силы тока, нормированное на единицу телесного угла [72]

Исходя из полученных результатов, авторы сделали вывод, что пучок проходит как через прямой, так и через изогнутый капилляр. И уже в своей последующей работе [73] привели результаты измеренных профилей (Рисунок 1.17) и зависимость прошедших через капилляр электронов от энергии (Рисунок 1.18).

РовшЬоп/СЬаппе!

Рисунок 1.17 - Профили прошедших через капилляр электронов в диапазоне

энергий от 1000 до 1400 эВ [73]

Егшду

Рисунок 1.18 - Зависимость прошедших через капилляр электронов от энергии в диапазоне 1200 ^ 1800 эВ [73]

В работах [74-79] приведены результаты исследования по изучению прохождения пучка электронов с энергией порядка 10 кэВ через конические и

цилиндрические капилляры. В частности, в работе [74] описаны результаты серии экспериментов (Рисунок 1.19) по изучению прохождения пучка электронов через стеклянные микрокапилляры конической формы, имеющие различную длину, а также отношение входного и выходного диаметров (Рисунок 1.20).

Рисунок 1.19 - Схема эксперимента [74]

Рисунок 1.20 - Схематическое изображение одного из капилляров и фотографии его входа и выхода (внутренние диаметры: вход 1.11 ± 0,02 мм,

выход 57 ± 5 мкм) [74]

Результаты эксперимента подтвердили, что величина тока пучка, прошедшего через диэлектрический капилляр конической формы зависит от величины тока прямого пучка, входящего в капилляр, а также геометрии и самого капилляра (Рисунок 1.21).

о -|-1—-1-1-1-1-1-1-1

fl 200 <0 WO 004

Time (seconds)

Рисунок 1.21 - Временная зависимость тока пучка на маске при входе в капилляр (1) и прошедшего тока пучка через капилляр длиной 42 мм и соотношение вход / выход - 1.11 / 0.057 (2) [74]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кубанкина Анна Андреевна, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крастелев, Е.Г. Прохождение и фокусировка сильноточного электронного пучка в вакуумной камере с диэлектрическими стенками / Е.Г. Крастелев, Б.Н. Яблоков // Письма в ЖТФ. - 1977. - Т.3, № 15. - С. 775—778.

2. Распространение и фокусировка сильноточного электронного пучка в диэлектрических каналах / А.В. Агафонов [и др.] // Физика плазмы. - 1981. -Т.7, №2. - С. 267—275.

3. Отклонение пучка электронов с энергией 1.5 МэВ изогнутыми трубками / А.Ю. Басай [и др.] // Письма в журнал технической физики. - 1988. -Вып. 9. - С. 849-853

4. Transmission of 3 keV Ne ions through nanocapillaries etched in polymer foils: evidence for capillary guiding / Stolterfoht N., Bremer J.H, Hoffmann V. [et al.] // Phys.Rev.Lett. - 2002. - Vol.88. - P.13-201.

П\

5. Guided transmission of Ne ions through nanocapillaries etched in a PET polymer / Stolterfoht N., Hoffmann V., Hellhammer R. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2003. - Vol.203. - P.246—253.

П\

6. Guided transmission of Ne ions through nanocapillaries in PET: dependence on the tilt angle / Stolterfoht N., Hellhammer R., Pesi'c Z. D. [et al.] // Vacuum. - 2004. - Nr.73. - P.31—37.

7. Time evolution of ion guidding through nanocapillaries in a PET polymer / Stolterfoht N., Hellhammer R., Pesi'c Z. D. [et al.]// Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2004. - Vol.225. - P.169—177.

8. Guiding of slow neon and molecular hydrogen ions through nanocapillaries in a PET polymer / Stolterfoht N., Hellhammer R., Sobocinski P[et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2005. - Vol.235. - P.460—467.

П\

9. Guiding of slow Ne ions through nanocapillaries in a PET polymer: dependence on the capillary diameter Stolterfoht N., Hellhammer R., Pesi'c Z. D. [et al.] // Surface and Coating Technology. - 2005. - Vol.196. - P.389—393.

10. Interaction of slow highly charged ions with the inner surface of nanocapillaries / Hellhammer R., Sobocinski P., Pesi'c Z. D. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2005. - Vol.232. - P.235—243.

11. Guided transmission of highly charged ions through nanocapillaries in PET: study of the energy dependence / Hellhammer R., Sobocinski P., Pesi'c Z. D. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2005. - Vol.233. - P.213—217.

12. Guiding of slow highly charged ions by nanocapillaries in PET / Vikor G., Kumar R. R., Pesi'c Z. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2005. -Vol.233. - P.218—221.

13. Two-dimensional images of transmitted slow neon ions gudided by nanocapillaries in polymer foils / Kanai Y., Hoshino M., Kambara T. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2007. - Vol.258. - P.155—158.

14. Charging and discharging of nanocapillaries during ion guiding of multiply charged projectiles / Fürsatz M., Meissl W., Pleschko S. [et al.] // I. O. P. Publishing, Journal of Physics: Conference Series. - 2007. - Vol. 58. - P.319 — 322.

15. Scaling laws for guiding of highly charged ions through nanocapillaries in insulating PET / Hellhammer R., Bundesmann J., Fink D. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2007. - Vol.258. - P.159 — 162.

16. Scaling laws for guiding of highly-charged ions through nanaocapillaries in insulating PET polymers / Stolterfoht N., Hellhammer R., Bundesmann J. [et al.] // Radiat. Eff. Defects Solids. - 2007. - Vol.162. - P.515.

17. Guiding of slow Ne ions through nanocapillaries in insulating PET polymers: incident current dependence / Stolterfoht N., Hellhammer R., Bundesmann J. [et al.] // Phys. Rev. A. - 2007. Vol.76. - P.312.

18. Guiding of highly charged ions through nanocapillaries in PET: Dependence on the projectile energy and charge / Hellhammer R., Bundesmann J., Fink D. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2007. - Vol.261. - P.149—152.

19. Scaling laws for guiding of highly charged ions through nanocapillaries in an insulating polymer / Stolterfoht N., Hellhammer R., Bundesmann J. [et al.] // Phys. Rev. A. - 2008. - Vol.77. - P.77.

20. Kreller M.. Guiding of argon ions through PET nanocapillary foils / Kreller M., Zschornak G., Kentsch U. // Journal of Physics: Conference Series. - 2009. Vol.163.

21. Guiding of slow highly charged ions through nanocapillaries - dynamic aspect / Kanai Y., Hoshino M., Kambara T. [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. - 2009. - Vol.194.

22. Dynamic properties of ion guiding through nanocapillaries in an insulating polymer / Stolterfoht N., Hellhammer R., Fink D. [et al.] // Phys. Rev. A. - 2009. -Vol.79.

23. Dynamic features of ion guiding by nanocapillaries in an insulating polymer / Kanai Y., Hoshino M., Kambara T. [et al.] // Phys. Rev. A. - 2009. - Vol.79.

24. Density effects on the guided transmission of 3 keV Ne ions through PET nanocapillaries / Stolterfoht N., Hellhammer R., Bundesmann J. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2009. - Vol.267. - P.226— 230.

25. Time evolution of ion guiding through nanocapillaries in a PET polymer / Stolterfoht N., Hellhammer R., Fink D. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2009. - Vol.267. - P.669—673.

26. Guided transmission of Ne ions through nanocapillaries in insulating polymers: Dependence on the capillary diameter / Stolterfoht N., Hellhammer R., Juhasz Z. [et al.] // Phys. Rev. A. - 2010. - Vol.82.

27. Dynamics of ion guiding through nanocapillaries in insulating polymers / Stolterfoht N., Bodewits E., Hellhammer R. [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. - 2012. - Vol.388.

28. Areal density effects on the blocking of 3-keV Ne7+ ions guided through nanocapillaries in polymers / Stolterfoht N., Hellhammer R., Sulik B. [et al.] // Phys. Rev. A. - 2013. - Vol.88. - P.2-9.

29. Guiding of highly charged ions by highly-ordered SiO2 nanocapillaries / Sahana M. B., Skog P., Vikor G. [et al.] // Phys. Rev. A. - 2006. - Vol.73.

30. Zhang H. Guiding of slow highly charged ions through insulating nanocapillaries / Zhang H., Skog P., Schuch R. // Journal of Physics: Conference Series. - 2009. - Vol.163.

31. Zhang H. Dynamics of guiding highly charged ions through SiO2 nanocapillaries / Zhang H., Skog P., Schuch R. // Phys. Rev. A. - 2010. - Vol.82.

32. Guided transmission of slow Ne6+ ions through the nanochannels of highly ordered anodic alumina / Matéfi-Tempfli S., Matéfi-Tempfli M., Piraux L. [et al.] // Nanotechnology. - 2006. - Vol.17. - P.3915— 3920.

33. Guiding of highly charged ions through Al2O3 nanocapillaries / Skog P., Soroka I. L., Johansson A. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2007. -Vol.258. - P.145—149.

34. Skog P. Evidence of sequentially formed charge patches guiding ions through nanocapillaries / Skog P., Zhang H., Schuch R. // Phys. Rev. Lett. - 2008. -Vol.101.

35. Guiding of highly charged ions through insulating nanocapillaries / Schuch R., Johansson A., Kumar R.T.R. [et al.] // Can. J. Phys. - 2008. - Vol.86. - P.327 — 330.

36. Guiding of 150 keV O6+ ions through nanocapillaries in uncoated Al2O3 membrane: special time dependence of the transmission profile width / Chen X. M., Xi F.Y., Qiu X.Y. [et al.] // Chin. Phys. B. - 2009. - Vol.18.

37. Guiding of 60 keV O6+ ions through nanocapillaries in uncoated Al2O3 membrane / Chen Y.F., Chen X.M., Lou F.J. [et al.] // Chin. Phys. B. - 2009. - Vol.18.

38. Ion guiding in alumina capillaries: MCP images of the transmitted ions / Juhasz Z., Sulik B., Biri S. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2009. -Vol. 267. - P.321—325.

39. Ion guiding through capillaries in uncoated Al2O3 membranes / Xi F.Y., Liu H.P., Lu Y.X. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2010. - Vol.268. -P.2292 — 2294.

40. The influence of the charged back side on the transmission of highly charged ions through PC nanocapillaries / Li D., Wang Y., Zhao Y., Xiao G. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2009. - Vol.267. - P.469-473.

41. Guided transmission of Ne ions through nanocapillaries in insulating polymers: scaling laws for projectile energies up to 50 keV / Stolterfoht N., Hellhammer R., Juhasz Z. [et al.] // Phys. Rev. A. - 2009. - Vol.79.

42. Guided transmission of xenon ions through nanocapillaries in PC foils/ Wang Y.Y., Li D.H., Zhao Y.T. [et al.] // Journal of Physics: Conference Series.- 2009.

- Vol.194. - P.33-36.

43. Evidence of blocking effects on 3-keV Ne ions guided through nanocapillaries in polycarbonate / Stolterfoht N., Hellhammer R., Sulik B. [et al.] // Phys. Rev. A. - 2011. - Vol.83.

44. A study of highly charged ion transmission through polycarbonate nanocapillaries with multi holes / Wang X., Zhao Y., Wang Y.Y. [et al.] // Phys. Scr. T.

- 2011. - Vol.144.

45. Guided transmission of 3-keV Ar ions through dense polycarbonate nanocapillary arrays: blocking effect and time dependence of the transmitted neutrals / Juhasz Z., Kovacs S.T.S., Herczku P. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. -2012. - Vol.279. - P.177-181.

46. Tailoring of keV-ion beams by image charge when transmitting through rhombic and rectangular shaped nanocapillaries / Zhang H.Q., Akram N., Skog P. [et al.] // Phys. Rev. Lett. - 2012. - Vol.108. - P.2-5.

47. Transmission of highly charged ions through mica nanocapillaries of rhombic cross section / Zhang H.Q., Akram N., Soroka I. [et al.] // Phys. Rev. A. -2012. - Vol.86.

48. Transmission of 4.5 keV Ar9+ ions through a single glass macro-capillary / Bereczky R., Kowarik G., Aumayr F. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. -2009. - Vol.267. - P.317-320.

49. Guiding of slow highly charged ions through a single mesoscopic glass capillary / Bereczky R., Kowarik G., Lemaignan C. [et al.] // AIP Conference Proceedings. - 2011. - Vol.1336. - P.119-122.

50. Production of a microbeam of slow highly charged ions with a single microscopic glass capillary / Kowarik G., Bereczky R.J., Aumayr F. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2009. - Vol.267.

51. Guiding and blocking of highly charged ions through a single glass capillary / Nakayama R., Tona M., Nakamura N. [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2009. - Vol.267. - P.2381-2384.

52. Temperature control of ion guiding through insulating capillaries / Gruber E., Kowarik G., Ladening F. [et al.] // Phys. Rev. A. - 2012. - Vol.86.

53. Paul S., Investigation of hysteresis in high current ion beam guiding through a micro-glass capillary: time and dimension dependence / Paul S., Bhattacharjee S. // J. Phys. D. - 2015. - Vol.48.

54. Production of a microbeam of slow highly charged ions with a tapered glass capillary / Ikeda T., Kanai Y., Kojima T.M. [et al.] // Appl. Phys. Lett. - 2006. -Vol.89.

55. Multiply-charged ion nanobeams / Cassimi A., Muranaka T., Maunoury L. [et al.] // Int. J. Nanotechnol. -2008. - Vol.5. - P.809-817.

56. Kreller M. Guiding of argon ions through a tapered glass capillary / Kreller M., Zschornak G., Kentsch U. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2011. -Vol.269. - P.1032-035.

57. Транспортировка пучков заряженных частиц через кварцевую трубку / Вохмянина К.А., Жиляков Л.А., Константиновский А.В. [и др.] // Поверхность. 2005. №3. 55-58 с.

58. Energy dependence of ion guiding through nanocapillaries / Schiessl K., Lemell C., Tokesi K. [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. - 2009. -Vol.163.

59. Simulation of charged particle guiding through insulating nanocapillaries / Schiessl K., Lemell C., Tokesi K. [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. -2009. - Vol.194.

60. Schweigler T. Simulation of transmission of slow highly charged ions through insulating tapered macro-capillaries / Schweigler T., Lemell C., Burgdorfer J. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2011. -Vol.269. - P.1253-1256.

61. Stolterfoht N. Simulation and analysis of ion guiding through a nanocapillary in insulating polymers // Phys. Rev. A. - 2013. - Vol.87.

62. Ion Guiding through a Flat Insulating Channel / Pokhil G.P., Vokhmyanina K.A., Zhilyakov L.A. [et al.] // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. -

2008. - Vol.72. - P.638-643.

63. Pokhil G.P. Model of Ion Beam Guiding Using a Flat Capillary / Pokhil G.P., Vokhmyanina K.A., Mironchik A.I. // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2009. -Vol.3. - P.326-329.

64. Model of transmitted current oscillations in a dielectric capillary / Pokhil G.P., Vokhmyanina K.A., Zhilyakov L.A. [et al.] // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. -2010. - Vol.74. - P.221-226.

65. Pokhil G.P. Model of the Dynamics of Ion Propagation through Dielectric Capillaries / Pokhil G.P., Cherdyntsev V.V. // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2013. - Vol. 7. - P. 356-361.

66. Guiding of low-energy electrons by highly ordered Al2O3 nanocapillaries / A. R. Milosavljevi'c, G. Vikor, Z. D. Pesi'c [et al.] // Phys.Rev. A. - 2007. -030901(R).

67. Low-energy electron transmission through high aspect ratio Al2O3 nanocapillaries / Milosavljevi'c A.R., Jureta J., Vikor G., [et al.] // Europhys. Lett. -

2009. - Vol.86.

68. Charging dynamics in electron transmission through Al2O3 capillaries / Milosavljevi'c A.R., Schiessl K., Lemell C., [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2012. - Vol.279. - P.190-193.

69. Inelastic guiding of electrons in polymer nanocapillaries / Das S., Dassanayake B.S., Winkworth M., [et al.] // Phys. Rev. A. - 2007. - Vol.76.

70. Energy dependence of electron transmission through a single glass macrocapillary / Dassanayake B.S., Das S., Bereczky R.J., [et al.] // Phys. Rev. A. -2010. - Vol.81.

71. Time evolution of electron transmission through a single glass macrocapillary: Charge build-up, sudden discharge and recovery / Dassanayake B.S., Bereczky R.J., Das S., [et al.] // Phys. Rev. A. - 2011. - Vol.83.

72. Transmission of low-energy electrons through SiO2 tube / Wang W., Qi D., Yu D. [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. - 2009. - Vol.163.

73. Transmission of electrons through a tapered glass capillary / Wang W., Chen J., Yu D.Y. [et al.] // Phys. Scr. T. - 2011. - Vol. 144.

74. Guiding of a beam of 10 keV electrons by micro size tapered glass capillary / Vokhmyanina K. A., Pokhil G.P., Zhukova P.N. [et al.] // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. - 2015. - Vol. 355. - P. 307-310.

75. The dynamics of the interaction of fast electrons with dielectric surfaces at grazing incidence / Vokhmyanina K. A., Pokhil G. P., Zhukova P. N. [et al.] // Phys.Lett.A. - 2015. - Vol. 379. - P. 431-434.

76. The Orientation Effects during the Grazing Interaction of Fast Electrons with Structured Surfaces / Vokhmyanina K. A., Kubankin A. S., Levina V. S. [et al.] // Indian Journal of Science and Technology. - 2015. - Vol. 8. - Nr.36.

77. Propagation of 10-keV Electrons through Tapered Glass Macrocapillaries / Vokhmyanina K. A., Sotnikova V.S., Kishchin I.A. [et al.] // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2016. - Vol.10. - Nr.2. -P. 429-432.

78. Исследование прохождения электронов через диэлектрические каналы / Вохмянина К.А., Жукова П.Н., Иррибарра Э.Ф., и др. // Поверхность, рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2013. - № 3. - С.83-87.

79. Исследование взаимодействия электронов с энергией 10 кэВ с диэлектрической поверхностью / Вохмянина К.А., Жукова П.Н., Кубанкин А.С., [и др.] // Поверхность, рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2014. № 4. С.1-4.

80. The study of the guiding process for 10 keV electrons by planar Plexiglass surfaces / Vokhmyanina K. A., Zhukova P.N., Kubankin A.S. [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. - 2014. - Vol. 517.

81. О бесконтактном прохождении ионов через диэлектрические каналы / Вохмянина К.А., Жукова П.Н., Ле Тхи Хоай, [и др.] // Поверхность, рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2012. № 3. С.84.

82. Investigation of Contactless Electron Transmission through Dielectric Channel / Vokhmyanina KA., Zhukova P.N., Irribarra E.F. [et al.] // Journal of Surface Investigation. Xray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2013. - Vol.7. - Nr.2. -P.271.

83. Studying the Interaction of 10 keV Electrons with a Dielectric Surface / Vokhmyanina K.A., Zhukova P.N., Kubankin A.S. [et al.] // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2014. - Vol.8, № 2. -Р.356-359.

84. Electron beam guiding by grooved SiO2 parallel plates without energy loss / Yingli Xue, Deyang Yua, Junliang Liu [et al.] // Appl. Phys. Lett. - 2015. - Vol. 107. - 254102

85. Экспериментальная установка для наблюдения эффекта Смита-Парселла на базе электронного микроскопа ЭММА-2и / Адищев Ю. Н., Вуколов А. В., Потылицын А. П. // Известия ТПУ. - 2004. - №6. - С.49-53

86. Simulation of charged particle guiding through insulating nanocapillaries / K. Schiessl, C. Lemell, K. Tokesi [et al.] // J. Phys. Conf. Ser. - 2009. - Vol. 194. -012069.

87. T. Schweigler Simulation of transmission of slow highly charged ions through insulating tapered macro-capillaries / T. Schweigler, C. Lemell, J. Burgdorfer [et al.] // Nucl. Instr. Meth. B. - Vol. 2011269. - Р. 1253-1256.

88. N. Stolterfoht. Simulations and analytic models of ion guiding through a nanocapillary in insulating polymers // Phys. Rev. A. - 2013. - Vol. 87. - 032901.

89. Вохмянина К. А. Управление пучками положительных ионов с помощью диэлектрических каналов: дис. канд. физ. мат. наук: 01.04.16 / Кристина Анатольевна Вохмянина; Московский гос. ун-т. - Москва, 2007. - 104 л.

90. Modeling the process of interaction of 10keV electrons with a plane dielectric surface / K. A. Vokhmyanina, V. S. Sotnikova, A. V. Sotnikov [et al.] / Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. - 2018. - Vol. 422. - P.91-93.

91. The characteristics of the grazing interaction of fast electrons with dielectric surfaces / K. A. Vokhmyanina, A. A. Kaplii, A. S. Kubankin [et al.] // Moscow University Physics Bulletin. - 2017. - Vol. 72. P. - 45-50.

92. Possibility of using dielectric channels as deflecting systems for controlling accelerated electron beams / Vokhmyanina K. A., Sotnikova V. S., Kaplii A. A. [et al.] / Glass and Ceramics. - 2018. - Vol. 74. - Iss. 9-10. - P. 355-357.

93. Сотникова, В. С. Исследование процессов скользящего взаимодействия быстрых электронов с диэлектрическими поверхностями: дис. канд. физ. мат. наук: 01.04.07 / Валентина Сергеевна Сотникова; Белгородский гос. ун-т. - Белгород, 2016. - 106 л.

94. Пат. 168791 Рос. Федерация. МПК H05H 15/00, G21K 1/087/ Вохмянина К. А., Каплий А. А., Кубанкин А. С., Сотникова В. С., Нажмудинов Р. М.; № 2016121169; заявл. 30.05.16; опубл. 21.02.17, Бюл. № 6.

95. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Механика, Т.1, раздел «Движение частиц в быстро осциллирующем поле». 4-е изд., испр. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. - 216 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Описание патента

Диэлектрический рельефный дефлектор пучка электронов, включает диэлектрическую пластину, причем на одной стороне диэлектрической пластины сформирован одномерный периодический рельеф, который покрыт тонким слоем металла и не заземлен, кроме того, входной торец диэлектрической пластины экранирован металлической заземленной пластиной, а выходной торец или экранирован, аналогично входному торцу, или не экранирован металлической заземленной пластиной. При этом заземленные экранирующие металлические пластины не имеют механического контакта с рельефной незаземленной металлизированной поверхностью диэлектрической пластины (рисунок 1).

2

X X

Рисунок 1 - Общий вид диэлектрического рельефного дефлектора пучка электронов: 1 - стеклянная пластина, 2- периодический рельеф, покрытый тонким слоем металла, 3, 4 - металлические заземленные экранирующие пластины [89]

Принцип работы устройства основан на образовании особого самосогласованного зарядового распределения на рельефной поверхности устройства в результате прохождения пучка быстрых электронов вблизи незаземленной рельефной структуры, покрытой тонким слоем металла. Образованное зарядовое распределение позволяет уменьшить расстояние между проходящим пучком электронов и исследуемой рельефной металлизированной

поверхностью, тем самым усиливая интенсивность излучения Смита-Парселла, в случае, когда металлическими заземленными пластинами экранированы оба торца диэлектрической пластины, или позволяет использовать устройство в качестве поворотной системы, в случае, когда металлической заземленной пластиной экранирован только входной торец.

Преимущество предлагаемого устройства состоит в отсутствии необходимости использования каких-либо внешних источников энергии, при этом само устройство является малогабаритным и достаточно простым в изготовлении и использовании. Также для достижения решения поставленной задачи не нужно контролировать расстояние между пролетающим пучком электронов и рельефной металлизированной поверхностью, т.к. данный параметр формируется автоматически при первичном взаимодействии заряженных частиц с поверхностью.

Применение предлагаемого устройства позволит существенно уменьшить объем систем управления пучком, сократив использование внешних источников энергии. Устройство найдет применение в разного рода технике, где требуются манипуляции пучком заряженных частиц: в медицинских ускорителях, устройствах досмотрового контроля, в исследовательских ускорителях (коллайдерах, синхротронах) и т. д., а в случае необходимости может служить в качестве усилителя генерации монохроматического излучения Смита-Парселла в субмиллиметровом диапазоне.