[发明专利]基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置

说明书

技术领域

本发明涉及带电粒子照相技术，具体地，涉及一种基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置。

背景技术

带电粒子照相是一种透视照相技术。利用准单能带电粒子束穿过样品以获得图像，进而获取被照样品样品内部的密度、空隙等需要关注的信息。

带电粒子照相可以有两种形式，第一种是直接透视照相，第二种是采用电磁透镜聚焦的透视照相。采用聚焦透镜可以提高图像的分辨率，本发明仅涉及第二种照相方式。

聚焦电磁透镜也有两种形式，第一种是轴对称结构的，第二种是非轴对称结构的。轴对称结构电磁透镜的聚焦作用比较弱，只能使用能量较低的粒子，对较薄的样品进行照相。非轴对称结构的聚焦电磁透镜可以形成高得多的聚焦作用，从而适用于厚样品的照相。本发明仅涉及非轴对称结构的聚焦透镜。

带电粒子在样品中运动时，受到样品物质原子的作用，会形成三种效应，分别是粒子数量减小，粒子角度散射，粒子能量损失。在照相时，这些效应都会对获得的图像造成影响，也就是携带了样品内部的信息。

在目前常用的非轴对称的聚焦磁透镜中，可以利用粒子数量减小的信息形成图像的对比度，也可以利用粒子角度散射的信息形成图像的对比度。但对于粒子能量损失的信息，不但不能加以利用，反而是形成图像模糊度的主要因素，严重影响所获得图像的质量。

发明内容

为克服现有的带电粒子成像技术不能利用粒子能量损失，造成图像模糊，成像质量差的技术缺陷，本发明提供一种基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置。

本发明所述的基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置，包括束流传输线和光学成像系统，其特征在于，束流传输线分成轴对称分布的前半段和后半段，所述光学成像系统位于束流传输线末端；所述前半段由包括能量准直器的第二聚焦段，位于第二聚焦段前、后的第一聚焦段和第三聚焦段组成，所述第一聚焦段和第二聚焦段之间、第二聚焦段和第三聚焦段之间分别设置有第一偏转磁铁和第二偏转磁铁，所述前半段的传输矩阵为六阶矩阵A：   

传输矩阵A满足色散消除条件：A₁₂=0、A₂₆=0、A₂₁=0、A₃₄=0、A₄₃=0 ；前、后下标分别表示该元素所在的行、列。

 具体的，通过在各个聚焦段设置四极磁铁使得传输矩阵A满足色散消除条件。

 具体的，所述能量准直器由两块平行金属板组成。

 具体的，所述光学成像系统由光电转换屏和CCD相机组成

本发明的有益效果是：利用偏转磁铁和四极磁铁组成消色散成像系统，形成了聚焦成像的功能，同时在能量甄别平面上设置能量准直器，通过带电粒子的能量损失形成图像的对比度。

附图说明

图1是本发明所述带电粒子照相装置的一种具体实施方式示意图；

图2是本发明所述能量准直器的结构示意图；

 图3是经典的消色散结构示意图；

图4是本发明所述35Mev质子入射实施例标准能量(即35MeV)情况下粒子在能量准直器位置的分布情况；

图5是本发明所述35Mev质子入射实施例能量具有2%的偏差时粒子在能量准直器位置的分布情况；

附图中标记及相应的零部件名称：1-偏转磁铁，2-散焦四极磁铁，3-聚焦四极磁铁，4-第一聚焦段，5-第二聚焦段，6-第三聚焦段，7-前、后半段的几何对称轴，8-能量准直器，9-带电粒子束源，10-被照样品，11-电光转换屏，12-CCD相机，13-粒子传输轨迹。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明所述基于能量损失聚焦成像的带电粒子照相装置，包括电子成像系统，其特征在于，还包括成轴对称分布的前半段和后半段，所述电子成像系统位于后半段末端；所述前半段由包括能量准直器的第二聚焦段，位于第二聚焦段前、后的第一聚焦段和第三聚焦段组成，所述第一聚焦段和第二聚焦段之间、第二聚焦段和第三聚焦段之间分别设置有第一偏转磁铁和第二偏转磁铁，所述前半段的传输矩阵为：

   

    传输矩阵A满足色散消除条件：A12=0、A26=0、A21=0、A34=0、A43=0 ；

所述能量准直器满足能量准直条件。

 对于单能带电粒子的传输系统，如果需要成像，也就意味着，粒子在像平面的位置仅仅取决于其在物平面的位置，而与其在物平面的角度无关。