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Submitted on 1 Jan 1984
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ÉTUDE, AU PREMIER ORDRE, D’UN SYSTÈME DISPERSIF, MAGNÉTIQUE, SYMÉTRIQUE, DE
TYPE ALPHA
J. Perez, J. Sirven, A. Seguela, J. Lacaze
To cite this version:
J. Perez, J. Sirven, A. Seguela, J. Lacaze. ÉTUDE, AU PREMIER ORDRE, D’UN SYSTÈME
DISPERSIF, MAGNÉTIQUE, SYMÉTRIQUE, DE TYPE ALPHA. Journal de Physique Colloques,
1984, 45 (C2), pp.C2-171-C2-174. �10.1051/jphyscol:1984239�. �jpa-00223952�
JOURNAL DE PHYSIQUE
Colloque C 2 , supplément au n ° 2 , Tome <i5, février 198* page C2-171
É T U D E , A U PREMIER O R D R E , D'UN SYSTÈME D I S P E R S I F , M A G N É T I Q U E , S Y M É T R I Q U E , D E TYPE ALPHA
J.Ph. Perez, J. Sirven, A. Seguela et J.C. Lacaze
Laboratoire d'Optique Electronique du C.N.R.S., (Associé à l'Université Paul Sabatier), 29 rue Jeanne Marvig, 31055 Toulouse Cedex, France
Résumé : Un système dispersif, magnétique, symétrique, de type alpha, pouvant être utilisé comme spectromètre ou comme filtre d'énergie sur un microscope électronique, a été étudié. Nous en donnons la configuration et les caractéristiques.
Abstract : An alpha, symmetrical, magnetic, dispersive system which can be used as spectrometer or energy filter, fitted on an electron microscope, has been studied.
Geometry and parameters of this system are given.
A la suite des travaux déjà effectués dans le Laboratoire sur les spectromètres pu- rement magnétiques, afin d'analyser les pertes d'énergie des électrons à la traver- sée des échantillons, à haute tension (1, 2 ) , nous avons étudié, à l'ordre 1, un sys- tème dispersif symétrique dont l'axe optique a la forme de la lettre grecque alpha.
Ce système "a", dont les propriétés sont voisines du filtre "R" qui équipe le micros- cope 1,2 MV (3,4), présente des avantages techniques non négligeables : encombrement réduit, usinage simplifié, centrage mécanique facilité, réglage par une seule comman- de en courant.
I - DESCRIPTION
L'ensemble dispersif est formé de deux secteurs magnétiques à champs uniformes diffé- rents (5, 6, 7 ) . Comme l'intervalle entre les prismes est pris suffisamment petit pour être négligé, la trajectoire moyenne du faisceau est constituée principalement de trois portions de cercle : les portions (1) et (3) de même rayon Rj sont contenues dans le premier prisme, alors que la portion (2) à l'allure d'un demi-cercle de rayon R2 inférieur à Ri (cf. Figure). Dans la région de transition, le champ magnétique passe d'une valeur Bj à la valeur B
2= B, R,/R
2- En vue de bien maîtriser les propri- étés optiques du système, nous avons choisi de réaliser, à l'aide d'une simulation à l'ordinateur, un configuration réelle du champ magnétique, entre deux prismes, pro- che de la configuration théorique.
Les caractéristiques géométriques du système sont, outre les rayons Ri et R2, les angles d'incidence et d'émergence, a et g, ainsi que l'angle <j> dans le premier pris- me.
II - PROPRIETES
Un tel système, qui n'a pas la symétrie de révolution, est stigmatique dans les deux directions transversales, normale et perpendiculaire au champ magnétique, pour tout point de l'axe optique, s'il est stigmatique pour deux couples de points symétriques (3). Les positions de ces points sont données par les expressions :
les qualités T.. et V., désignant respectivement les éléments des matrices de
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1984239
C2-172 JOURNAL DE PHYSIQUE
t r a n s f e r t du système ES, s u i v a n t l e s axes x e t y .
Ces p o i n t s sont l e s p o i n t s p r i n c i p a u x e t a n t i p r i n c i p a u x du système.
Dans l e p l a n image, l e terme de d i s p e r s i o n , D E ax/a6 où 6 e s t l a v a r i a t i o n r e l a t i v e de q u a n t i t é de mouvement, s ' é c r i t
l e s tij désignant l e s éléments de l a m a t r i c e de t r a n s f e r t s u i v a n t x, de l a m o i t i é du système c ' e s t - à - d i r e , de l ' e n t r é e E jusqu'au p o i n t m i l i e u M. On en d é d u i t l a d i s p e r - s i o n énergétique U ax/aE, en f o n c t i o n du f a c t e u r r e l a t i v i s t e Y, de R1 e t D :
(mc2 = 0,511 MeV).
Dans l e p l a n p r i n c i p a l image, pour l e q u e l
T~ =- t12/tll, on a D
=O ; ce p o i n t e s t donc achromatique. Par contre, dans l e p l a n a n t i p r i n c i p a l image, pour l e q u e l
T~
= - tZ2/tz1, on a :
avec
dans ces expressions: a = - tga, b z t g 6 e t R;
5R2/R1 I I I - POINT DE FONCTIONNEMENT
Dans l e cas d'une double f o c a l i s a t i o n , l e système a deux degrés de l i b e r t é . Nous avons c h o i s i b e t
@comme paramètres indépendants. En r a i s o n des d i f f é r e n t e s c o n t r a i n - t e s techniques, nous avons é t é conduits à r e t e n i r l e s v a l e u r s suivantes de ces para- mètres :
- -
T =
-EQ /R = s i / R 1
=2,86 ( p l a n a n t i p r i n c i p a l image)
i
O1
+ - -
T~
= -EHo/R1 = SHi/R1 = -0,845 ( p l a n p r i n c i p a l image)
Ce p o i n t de fonctionnement corresponci à une double f o c a l i s a t i o n i n t e r m é d i a i r e (au
p o i n t M s u r l a f i g u r e ) .
La dispersion en énergie dans le plan antiprincipal image (en Qi) est alors :
1 A 1 MV et pour R1
=10 cm , V = 0,23 pm/eV.
-
2 A 1,6 MV et pour R1
=10 cm , D
=0,157 um/eV.
-
3 A 0,1 MV et pour R1
=5 cm , D
=0,85 pm/eV.
-
Les champs magnétiques B1 et B2, à 1 MV et pour R1
=10 cm sont respectivement 474 et 2155 gauss.
IV - AVANTAGES DU SYSTEME ALPHA
Les avantages techniques de l'analyseur "a" concernent à la fois la réalisation et le fonctionnement :
1. Avantages pour la réalisation
L'encombrement suivant l'axe du faisceau incident est fortement réduit, d'où la pos- sibilité de maintenir un vide très poussé, de 1 'ordre de 10-9 mbar. D'autre part, le centre de gravité des masses de l'ensemble analyseur et pompage peut facilement être amené sur 1 'axe du microscope. Enfin, par sui te de la simplicité de centrage (cf.
ci-après), les réglages mécaniques se réduisent au seul réglage pendulaire autour de l'axe de son plan de symétrie, passant par le point d'entrée, et perpendiculaire au faisceau incident.
2. Avantages pour le fonctionnement
Une fois le faisceau incident amené sur la face d'entrée de l'analyseur, le réglage pendulaire précédent et le réglage du courant unique dans les bobines devraient suf- fire pour le centrage. En outre, la possibilité d'adopter une structure de type
"électro-aimant blindé" permettra de réduire les champs de fuite et les effets de l'hystérésis magnétique sur les faces d'entrée.
Plan d'observation du s
Aa
PARAMETRES OU SPECTROMETRE
b z t g ? = -0.125 (3 =-?,(O
1; E -Ë%/Rl = S i / R 1 = 2.86
Fi : - ~ o / R ~ = G i / R 1 =0.%5 Champs magnétiques 6 1 UV
El ' L7L gous*
8 2 ' 2155 gauss
Dispemim sans le plon d'observolion du spectre. 6 1MV
O = 0.22 prn/ev
