Method of potential optimization in magnetoelectrostatic plasma lenses

Abstract

In magnetoelectrostatic plasma lenses the strength and spatial distribution of the magnetic and electric fields were optimized for maximum beam current density in the focal plane. Experimental implementation of the optimization is difficult because it is necessary to control the electric field strength within the lens volume by measuring the electric field in the plasma with sufficiently high precision. Here with the help of the computer model, it is proposed and tested the method of determining optimum potential distribution on the reference electrodes, by sequential increasing of a focused ion beam radius from zero to maximum value determined by the lens aperture.

В магнітоелектростатичних плазмових лінзах розраховані оптимальні просторові розподіли електричного та магнітного полів, що призводять до максимальної густини струму частинок у фокальній площині лінзи. При їхній експериментальній реалізації виникають труднощі через необхідність контролювати з великою точністю розподіл напруженості електричного поля в об’ємі плазмової лінзи. Щоб уникнути цих труднощів, запропонований та випробуваний на комп’ютерній моделі метод підбору оптимального розподілу потенціалів на опорних електродах лінзи шляхом послідовного збільшення радіуса іонного пучка, що фокусується від нуля до максимального значення, обумовленого апертурою лінзи.

В магнитоэлектростатических плазменных линзах рассчитаны оптимальные пространственные распределения электрического и магнитного полей, приводящие к максимальной плотности тока частиц в фокальной плоскости линзы. При их экспериментальной реализации возникают трудности ввиду необходимости контролировать с большой точностью распределение напряженности электрического поля в объеме плазменной линзы. Во избежание этих трудностей, предложен и опробован на компьютерной модели метод подбора оптимального распределения потенциалов на опорных электродах линзы путем последовательного увеличения радиуса фокусируемого ионного пучка от нуля до максимального значения, определяемого апертурой линзы.