Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЩОВАНШ. Исследованием оптических свойств пучков заряженных частиц, управлением пучками и вопросами их применения занимается ионная оптика. За последние десять-пятнад-цать лет сильно возросло использование пучков заряженных частиц для элементного анализа веществ. Преимущество ионных пучков в качестве и разнообразии аналитической информации, которую можно получить с их помошью, а также высокой чувствительности методов, их использующих. Сфокусированный пучок частиц (ядер или ионов атомов) энергией в несколько Мав, дающий на мишени размер пятна в несколько микрон, т.е. ядерный, или ионный, микрозонд, становится сейчас обычным инструментом в исследовательских ускорительных лабораториях во всем мире. Благодаря новой информации, которая обеспечивается ионными микрозондами и которая не может быть получена никакими другими способами, вызывается интерес к ним в разных областях науки и произволе.во. Ионные-микрозонды применяются сейчас в биологии и медицине, металлургии и геологии, в криминалистике и кристаллографии, в археологии и искусстве. Успешным примзнением ионных пучков микронных размеров в самых разных областях науки, техники и производства объясняется интенсивное развитие этой отрасли ионной оптики. Б настоящее время актуальным является вопрос о получении ионных пучков субмикронных размеров на мишени.
При проектировании ионно-оптических систем управления пучками заряженных частиц высоких энергий существенную роль играют экономические соображения. Высокопрецизионные ионно-оптические системы являются сложными и дорогостоящими установками. Физический эксперимент чрезвычайно дорог. Поэтому математическое моделирование является важным методом при расчете и проектировании ионно-оптических систем.
Физические процессы в ионной оптике сложны и зависят от многих параметров. Математическое моделирование дает возможность исследовать влияние отдельных параметров на характеристики пучка и в соответствии с результатами оптимизировать ионно-оптиче-скую систему.
Быстрый прогресс в области ионной оптики связан прежде всего с развитием плодотворных компьютерных методов расчета и анализа. Так как эксперименты сложны и дороги, а теоретическое изучение связано с решением очень сложных математических задач, то ЭВМ становятся важным средством решения задач ионной оптики.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. I. Построение математической модели динамики пучков заряженных частиц в ионно-оптических системах с учетом нелинейных членов третьего и пятого.порядков и с учетом краевых эффектов осевого распределения поля.
-
Создание алгоритмов и программы дія ЭВМ согласно построенной модели.
-
Проведение численных расчетов для некоторых микрозондовых систем с целью исследования влияния нелинейных членов и краевых полей.
-
Компенсация нелинейных аберраций третьего порядка с помощью сктупольных линз.
ОЩАЯ МЕТОДИКА. ИССЛЕДОВАНИЙ. В работе применяются аналитические и численные методы теории линейных и нелинейных дифференциальных уравнений для репения задач динамики заряженннх частиц во внешних электромагнитных полях.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Аналитические и численные методы исследования динамики пучков заряженных частиц применяются с учетом нелиней ностей вплоть до пятого порядка. Исследуется влияние краевых полей на выходные характеристики пучка. Для численного интегрирования уравнения движения применяется консервативный метод, при котором строго сохраняется фазовый объем пучка.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Для рассматриваемой в диссертации математической модели разработаны численные алгоритмы решения практических задач ионной оптики. Программа TRAWS , написанная на алгоритмическом языке Фортран ( версия Фортран-Дубна), дает возможность расчета ионно-оптических систем транспортировки и фокусировки пучков и исследования динамики заряженных частиц с целью определения ортимальных параметров системы управления пучком.
АППРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались на семинарах факультета прикладной математики-проиессов управления Санкт-Петербургского университета. По материалам диссертации был сделан доклад на Международной ЛеТНеЙ ШКОЛе: Т.НгЫлл*.а.Ыоп.а,С ^uwmei Sc&ooC on.
tion (МЪгь-а., bulact^ictt Stfitinviest -/990).
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликованы три научные статьи.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения и приложения. Объем работы составляет 130 страниц машинописного текста. Библиография содержит 60 наименований.
