Јонска оптика електростатичког дугиног сочива

Abstract

У oвoј дисертацији проучаване су просторне и угaoнe расподеле протона, енергије 10 keV, и њихове одговарајуће линије дуге у случају квадратног електростатичког дугиног сочива. Просторне и угaoнe расподеле протона дoбиjeнe су нумeрички рeшaвaњeм њихoвих jeднaчинa крeтaњa и коришћењем мeтoде кoмпjутeрскe симулaциje. Линије дуге су такође одређене нумерички. Сем тога, испитивано је какав утицај имају одговарајуће линије дуге на трансмисију снопа кроз сочиво и након изласка из њега.Анализиран је модел дугиног сочива, у коме је коришћена аналитичка апроксимација електростатичког поља сочива, и анализиран је уређај дугиног сочива, код кога је коришћено реалистично електростатичко поље сочива, које је добијено нумерички. У случају модела дугиног сочива претпостављено је да је почетни сноп протона паралелан, док је у случају уређаја дугиног сочива почетни сноп протона био паралелан и квази-паралелан.У случају модела дугиног сочива, изучаване су просторне и угaoнe расподеле протона и одговарајуће линије дуге, када је напон на електродама био 10, 20, 50 и 100 kV. У случају уређаја дугиног сочива показано је да се просторне и угаоне линије дуге јављају за много мање вредности напона на електродама сочива у поређењу са моделом дугиног сочива. Наиме, затворене просторне линије дуге унутар сочива и затворене угаоне линије јављају се за напоне на електродама сочива од 2 kV. Ово може да има велики практични значај пошто је много једноставније реализовати и радити са напонима на електродама сочива од 2 kV него са нпр. напонима на електродама од 100 kV.Показано је да електростатичко дугино сочиво има карактеристична катастрофична фокусирајућа својстава која су одређена одговарајућим vпросторним и угаоним линијама дуге. На основу тога може се закључити да би се дугино сочиво могло успешно користити за препарацију и транспорт јонских снопова у постројењима за њихово убрзавање, укључујући њихову препарацију за међусобне сударе јонских снопова, као и за добијање добро дефинисаних профила снопова, који би се могли користити у физици чврстог стања, биофизици, археологији и геологији.

In this dissertation, the spatial and angular distributions of 10 keV protons and the corresponding rainbow lines are investigated in the case of the square electrostatic rainbow lens. The spatial and angular proton distributions were obtained numerically by solving proton’s equations of motion and applying the computer simulation method. The rainbow lines were also determined numerically. Besides, influence of the corresponding rainbow lines on the transmission of the beam through the lens and in the space behind is investigated.The rainbow lens model, which uses analytical approximation of the electrostatic field of the lens, and the rainbow lens device, which uses numerically obtained realistic electrostatic field of the lens, have been analyzed. In the case of the rainbow lens model, the parallel initial proton beam was assumed, while in the case of the rainbow lens devise, the initial proton beam was parallel and quasi-parallel.In the case of rainbow lens model, the spatial and angular distributions and the corresponding rainbow lines have been analyzed, for the electrode voltage equal to 10, 20, 50 and 100 kV. In the case of the rainbow lens devise, it is shown that the spatial and angular rainbow lines occur for a much less values of the electrode voltage. Namely, closed spatial rainbow lines inside the lens and closed angular rainbow lines occur for the electrode voltage equal to 2 kV. Practically this could be very important since one can build and work more easily with the electrode voltage of 2 kV than e.g. with the electrode voltage of 100 kV. viiIt has been shown that the electrostatic rainbow lens has characteristic catastrophic focusing behavior, which is determined by the corresponding spatial and angular rainbow lines. As a result, the rainbow lens could be successfully used for preparation and transportation of ion beams within accelerator facilities, including their preparation for collisions with each other, as well as, for obtaining well defined beam profiles that could be used in condensed matter physics, biophysics and geology.