Анотація до роботи:

Магілін Д.В. Імерсійна зондоформуюча система ядерного мікрозонда. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.20 – фізика пучків заряджених частинок. – Інститут прикладної фізики НАН України, Суми, 2008.

Дисертаційну роботу присвячено формуванню іонних мікропучків МеВ-х енергій з використанням зондоформуючої системи принципово нового типу, основною відмінністю якої є використання оптичних властивостей прискорюючої трубки на початковому етапі зондоформування.

Розроблено метод матричного опису нелінійної динаміки пучка частинок у таких комбінованих системах, які складаються з електростатичної прискорюючої структури з аксіальною симетрією поля та магнітних квадрупольних лінз або соленоїда. Суть методу полягає в наближенні розв’язку нелінійних диференціальних рівнянь руху частинок пучка у фазовому просторі розв’язком системи лінійних рівнянь у розширеному просторі фазових моментів за допомогою матриці спеціального виду – матрицанту. Досліджено вплив та знайдено оптимальне взаємне розміщення магнітних квадруполів або соленоїда стосовно прискорюючої трубки та мішені на величину максимального аксептансу зондоформуючої системи.

Проведено оптимізацію профілю полюсного наконечника прецизійної магнітної квадрупольної лінзи, яка забезпечує мінімальні перекручування квадрупольної симетрії поля при його максимальному поперечному градієнті. Розроблено та виготовлено лінзу з такими наконечниками та досліджено її поле, визначені його мультипольні компоненти.

У дисертаційній роботі досліджено формування мікрозонда МеВ-х енергій за допомогою системи принципово нового компонування – імерсійної зондоформуючої системи. Отримано такі результати:

1. Розроблено метод матричного опису нелінійної динаміки пучка частинок у комбінованих системах, які складаються з електростатичної прискорюючої структури з аксіальною симетрією поля та магнітних квадрупольних лінз або соленоїда. Суть методу полягає в наближенні розв’язку нелінійних диференціальних рівнянь руху частинок пучка у фазовому просторі розв’язком системи лінійних диференціальних рівнянь у розширеному просторі фазових моментів через матрицю спеціального виду – матрицант. Такий підхід дозволяє описати нелінійну динаміку пучка з урахуванням нелінійностей будь-якого порядку, заданого умовами задачі. У дисертаційній роботі розглянуті нелінійності обмежувалися третім порядком.

2. Розглянута імерсійна зондоформуюча система, у якій прискорююча трубка використовується на попередньому етапі формування зонда. Як елемент, який здійснює фінальне фокусування, розглянуто надпровідний соленоїд або мультиплет магнітних квадрупольних лінз з числом лінз від трьох до п'яти. Досліджено вплив взаємного розміщення магнітних квадруполів та соленоїда стосовно прискорюючої трубки та мішені на величину максимального аксептанса зондоформуючої системи. Дослідження показало, що істотною вимогою є розміщення фінальної фокусуючої частини якомога ближче до прискорюючої трубки. Зменшення робочої відстані приводить до збільшення аксептансу системи лише за умови відповідної зміни положення лінз. Загальна довжина іонно-оптичного тракту системи (від об’єктного коліматора до мішені) становить близько чотирьох метрів.

3. Запропоновано використання в складі зондоформуючої системи трубки з нелінійним розподілом потенціалу на її електродах. Використання такого виду прискорюючого поля дозволяє збільшити відстань між трубкою та фінальною частиною мікрозонда без погіршення роздільної здатності системи. Це забезпечує більш гнучкі умови розміщення елементів формування мікропучка, що є необхідним при практичній реалізації імерсійної зондоформуючої системи. У разі використання за фінальний фокусуючий елемент надпровідного соленоїда застосування таких трубок дозволяє у 2-3 рази підвищити аксептанс системи та струм пучка на мішені.

4. Проведено оптимізацію профілю полюсного наконечника прецизійної магнітної квадрупольної лінзи, що забезпечує мінімальні перекручування квадрупольної симетрії поля при його максимальному поперечному градієнті. Експериментально досліджено поле лінзи з наконечниками оптимізованої форми та розраховано його паразитні компоненти. Результати випробувань показали, що максимальні відносні значення паразитних мультипольних компонентів становлять близько 0,5% від основної квадрупольної, що призведе до додаткового розширення плями пучка на мішені не більше ніж на 10%.

5. Сукупність викладених підходів до принципу створення мікропучка із залученням прискорюючої трубки на попередньому етапі зондоформування дозволяє створити зондоформуючу систему нового типу з покращеними, ніж у тих, що існують зараз, характеристиками – зменшеними габаритами, більш високою роздільною здатністю, меншою вартістю виготовлення та експлуатації.

Публікації автора:

1. Игнатьев И.Г., Магилин Д.В., Пономарев А.Г., Мирошниченко В.И. Моделирование нелинейной динамики пучка заряженных частиц в аксиально-симметричном электростатическом поле методом матрицантов // Вiсник СумДУ. Сер. Фiзика, математика, механiка. – 2003. – №8(54).– С. 37-44.

   Ponomarev A.G., Ignat’ev I.G., Magilin D.V., Miroshnichenko V.I., Storizhko V.E., Sulkio-Cleff B. A Сonceptual design of a MeV – energy ion microprobe with an immersion probe – forming system // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Плазменная электроника и новые методы ускорения. – 2003. - Вып. 4(3). - С. 305-308.

   Ignat’ev I.G., Magilin D.V., Miroshnichenko V.I., Ponomarev A.G., Storizhko V.E., Sulkio-Cleff B. Immersion probe-forming system as a way to the compact design of nuclear microprobe // Nucl. Instr and Meth. in Phys. Res. – 2005. – Vol. B 231. – P. 94-100.

   Абрамович С.Н., Завьялов Н.В., Звенигородский А.Г., Игнатьев И.Г., Магилин Д.В., Мельник К.И., Пономарев А.Г. Оптимизация зондоформирующей системы ядерного сканирующего микрозонда на базе электростатического перезарядного ускорителя ЭГП-10 // Журнал технической физики.–2005. – Т. 75, Вып. 2. – С. 6-12.

   Ребров В.А., Пономарев А.Г., Магилин Д.В., Белошапка И.А., Дудник А.Б., Абрамович С.Н., Завьялов Н.В., Звенигородский А.Г., Зимин Е.В. Прецизионная магнитная квадрупольная линза для ядерного сканирующего микрозонда на базе электростатического перезарядного ускорителя ЭГП-10 // Журнал технической физики.– 2007.– Том 77.– С.76-79.

   Пономарев А.Г., Магилин Д.В. Моделирование нелинейной динамики пучка заряженных частиц в ускоряющих структурах // Тезисы докладов научно-технической конференции преподавателей, сотрудников и студентов ММФ СумГУ, 16-22 апреля 2001 г.–Сумы: СумГУ, 2001.– С. 11.

   Пономарев А.Г., Игнатьев И.Г., Магилин Д.В. Мирошниченко В.И., Сторижко В.Е., Сулкио-Клефф Б. Оптимизация ионного микрозонда МэВ-х энергий с иммерсионной зондоформирующей системой // Труды XV Международной конференции по электростатическим ускорителям и пучковым технологиям. Обнинск, Россия 25-27 ноября 2003 г. – Обнинск, 2003. – С. 240–245.

   Ponomarev A.G., Ignat’ev I.G., Magilin D.V., Miroshnichenko V.I., Storizhko V.E. A conceptual design of a MeV-energy ion microprobe with an immersion probe-forming system//VIII Межгосударственный семинар «Плазменная электроника и новые методы ускорения заряженных частиц». Харьков, 8-12 сентября 2003 г. – Харків, 2003. – С. 5.

   Ignat’ev I.G., Magilin D.V., Miroshnichenko V.I., Ponomarev A.G., Storizhko V.E., Sulkio-Cleff B. Imersion probe-forming system as a way to the compact design of nuclear microprobe // Book of abstracts of 9–th International Conference on Nuclear Microprobe Technology and Applications. Cavtat, Dubrovnik, Croatia, 13-17 Sept. 2004. – Zagreb, 2004. – P. 96.