Silindirik elektrostatik lens sistemlerinin teorik modellenmesi ve elektron tabancasındaki uygulamaları

Abstract

ÖZET SİLİNDİRİK ELEKTROSTATİK LENS SİSTEMLERİNİN TEORİK MODELLEMESİ VE ELEKTRON TABANCASINDAKİ UYGULAMALARI Bu çalışmada birbirine çok yakın üç, dört ve beş elemanlı silindirik elektrotlardan oluşmuş elektrostatik lens sistemlerinin teorik modellemesi yapılmıştır. Herbir lens sistemi için modellemeler literatürde yaygın olarak kullanılan SIMION ve LENSYS paket programlan kullanılarak yapılmış ve nümerik olarak bir çok lens sistemi için değişik parametreler elde edilmiştir. Bu parametreler; odak uzaklıkları, voltaj oranlan, büyütme değerleri ve üçüncü mertebeden küresel ve kromatik saptırma katsayılarını içermektedir. Lens sistemlerinin özel bir durumu olan ve belirli bir büyütmeyle sabit bir noktaya odaklamanın yapıldığı zoom-lens özellikleri de incelenmiştir. Sonuçlar lens elemanlarının boylan, birbirlerine göre konumlan ve voltaj oranlarının fonksiyonu olarak elde edilmiştir. Bunlara ek olarak, SIMION programında quadrapol bir deflektör sistemine sahip yedi elemanlı bir elektron tabancasının modellemesi yapılmıştır. Katot-anot arası mesafe ve voltaj değerlerinin elektron tabancasının performansına etkisi iki katot tipi için (direk olarak ısıtılan hairpin-tipi katot (HK-tipi) ve dolaylı yoldan ısıtılan katot (DK-tipi) tipi katot) incelenmiştir. Katot-anot arası mesafe 0.5-8.0 mm arasında değiştirilerek farklı hızlandırma gerilimlerinde simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Elektron tabancası, elektron çarpışma deneylerinde uygun bir demet elde etmek için afokal (odaksız) ve zoom (odaklı) modda çalıştırılmıştır. Sonuç olarak, burada yapılan modelleme çarpışma deneylerinde elektrostatik silindir ve aperture lens sistemlerinin kullanıldığı yeni tabanca dizaynlarında ve diğer uygulamalarında yardımcı olabilir. m

ABSTRACT THEORETICAL MODELING OF ELECTROSTATIC CYLINDER LENS SYSTEMS AND THEBR APPLICATIONS TO ELECTRON GUN This thesis describes theoretical modeling of electrostatic lenses based on 3, 4 and 5 closely spaced cylindrical electrodes, respectively. In each case, modeling is carried out numerically using commercial packages SIMION and LENSYS, and a variety of performance parameters are obtained. These include the focal lengths, voltage ratios, the magnification, the 3rd order spherical and chromatic aberration coefficients. Special cases such as zoom lens (i.e., lenses whose magnification may be changed without losing focus) are considered. Results are obtained as a function of the ratios of the electrode lengths and gaps, and as a function of ratios of the controlling voltages. In addition, the seven-element electron gun with quadrapole deflector was modelled in SIMION. The effects of cathode-anode distance and their voltages on the performance of electron gun are considered for directly-heated (with hairpin- filament, HC-type) and indirectly-heated (IC-type) cathode types of electron gun. Simulation was performed for cathode-anode distance from 0.5 to 8 mm with several acceleration voltages. Electron gun was operated in afocal and zoom mode for use in electron impact studies to achieve optimal beam geometry. As a result, this modeling proposed here may help to design new types of gun and applications using cylinder and aperture lenses in collision experiments. tv