[發明專利]用于控制磁場中帶電粒子的設備和方法

有效

• 申請號: 201780010282.5
• 申請日: 2017-02-02
• 公開（公告）號: CN108713238B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: R.斯特里叟;K.亨特;Y.本阿瑞;R.朱瑞科;T.尚利
• 申請（專利權）人: 艾德特斯解決方案有限公司
• 主分類號: H01J43/04
• 分類號: H01J43/04;H01J49/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 秦寶龍;申屠偉進

本發明提供了一種用于提供磁場的設備，所述設備包括：磁體，其具有表面；以及設置在磁體表面上方的結構，該結構至少部分地由高磁導率材料構成，其中，所述設備被配置為在高磁導率材料和低磁導率材料之間提供界面。所述設備可包括與磁體磁連通的兩個磁極，磁極在磁體表面上方延伸，并且其中所述結構設置在磁極之間。所述結構可以具有高磁導率和低磁導率的交替區域。所述設備的功能是改變磁體的磁場以減少或消除磁場中的無序，和/或減小磁場的大小，和/或引起磁場的變形，和/或將磁場對準或重新對準，和/或對磁場進行定向或重新定向，和/或改變磁場的分布或形狀。這種設備可用于在電子倍增器的背景下控制帶電粒子，例如電子。

技術領域

本發明總體涉及科學分析設備的部件。更具體地，本發明涉及用于改進對磁場中、例如電子倍增器中移動粒子的控制的設備和方法。

背景技術

控制帶電粒子運動的能力是許多科學儀器工作的核心。通常，使用單獨的電場和磁場來使移動粒子的路徑朝向目標偏轉。以電子為例，這些粒子帶負電并且具有磁偶極矩，因此可以暴露于電場和磁場，目的是影響行進路徑。一般來說，設定電場和磁場的強度和取向，以使運動中的電子朝向目標表面精確地偏轉。

電子倍增器只是利用電場和磁場來控制電子運動的一個示例。這些部件被配置成放大由帶電粒子撞擊表面(例如電離物質撞擊質譜儀中的檢測器)引起的二次電子信號。每個帶電粒子的撞擊導致從檢測器的倍增極發射(通常)兩個或更多個二次電子。這些二次電子被導向第二倍增極，并且在撞擊時釋放更多的二次電子。通過以這種方式使用一系列倍增極，電子信號在幾何上被放大，使得基本單位入射電荷(1.602X10^-19庫侖)的撞擊可以產生足以在最終目標電極處用常規電子器件測量的電流。

自由電子在撞擊目標表面時的時間、空間和能量分布部分地取決于所施加的電場和磁場的強度和方向的變化。

用于提供電場的導電材料通常足夠均質，以便提供高度均勻的電場。然而，通常用于提供磁場的鐵磁材料包含局部不均質性(特別是磁體表面的不均質性)，這導致磁場的相對較大的變化。這些變化非常顯著，以至于一些電子損失實際上是不可避免的，從而導致信號損失。

因此，精確地控制電子脈沖的空間、時間和能量分布的能力目前受到由構成鐵磁材料的晶粒的磁導率變化引起的磁場的自然局部變化的限制。

除了由均質性引起的磁場的局部變化之外，通常使用的磁體的另一個問題是N-S場方向與磁體的幾何形狀的輕微(但實際上顯著)不對準。例如，在四棱柱形磁體中，磁場方向可以偏離磁體的物理軸線幾度。這種偏差可能導致電子損失。因此，在某些情況下，希望改變磁體中的磁場，以便與磁體的物理軸線對準，這繼而又導致更好地控制電子。

還可以利用改變磁場的能力來矯直(或至少部分地矯直)彎曲的場線，以便更有效地控制電子的移動。相反，當一部分場線基本上是線性的(例如在兩磁極之間的中心區域)時，可能希望使場線彎曲。備選地，為了改進電子控制，可能希望場線被緊密壓縮在一起。

本領域中顯然需要用于在科學儀器中提供磁場的改進的或至少備選的裝置。本發明的一個方面是提供改進的設備和方法，或者至少提供現有技術裝置的備選方案。

包括在本說明書中的對文獻、動作、材料、裝置、制品等的討論僅僅出于為本發明提供上下文的目的。并不暗示或表示這些內容中的任何或全部構成現有技術基礎的一部分，或者是本發明的相關領域的公知常識，因為其在本申請的每項權利要求的優先權日之前已存在。

發明內容

在第一方面，但不一定是最廣泛的方面，本發明提供了一種用于提供磁場的設備，該設備包括：

磁體，其具有表面，以及

設置在磁體表面上方的結構，該結構至少部分地由高磁導率材料構成，

其中，該設備被配置為在高磁導率材料和低磁導率材料之間提供界面。