МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В СИСТЕМЕ С ПРОВОДЯЩИМИ ТЕЛАМИ

1 СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
1 ГЛАВА. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 4
1.1 Классификация электронных линз 4
1.2 Квадрупольные линзы. Конструкция и принцип работы. 7
1.3 Эффективная длина магнитной квадрупольной линзы 11
1.4 Краевое поле 12
1.5 Практическое применение магнитных квадрупольных линз 14
1.5.1 Транспортировка ионов в ускорителях 14
1.5.2 Квадрупольные масс-спектрометры 14
1.5.3 Компактные микротроны 15
1.5.4 Протонно-лучевая терапия 15
1.6 ПО для моделирования 15
1.6.1 ANSYS Maxwell 16
1.6.2 COMSOL Multiphysics 16
1.6.3 CST STUDIO SUITE 16
1.7 Задача работы 17
2 ГЛАВА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 18
2.1 Геометрическая модель квадрупольной линзы 18
2.2 Краевая задача 20
2.3 Построение модели в системе Comsol 23
2.3.1 Задание модели 24
2.3.2 Задание переменных 24
2.3.3 Задание геометрии системы 25
2.3.4 Задание магнитных полей: 30
2.3.5 Задание сетки: 32
2.3.6 Алгоритм для отображения магнитного поля. 33
2.3.7 Алгоритм для отображения траектории ионов 34
3 ГЛАВА. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ 37
3.1 Результаты моделирования магнитного поля 37
3.2 Результаты моделирования траектории ионов 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 47

Весь текст будет доступен после покупки

В последние десятилетия исследования в области применения магнитных квадрупольных линз привлекают все большее внимание ученых и инженеров. Магнитные квадрупольные линзы эффективно применяются для фокусировки пучков ионов и электронов, обеспечивая их точное направление и минимизируя рассеяние. Данный вид устройств играет ключевую роль в системах транспортировки заряженных частиц, таких как ускорители, масс-спектрометры, системы медицинской диагностики и терапии.
Об актуальности данной темы говорит большое количество научных публикаций, сделанных за последние 5 лет. Можно выделить 2 основные тематики данных публикаций: первая посвящена непосредственно практическому применению квадрупольных магнитных линз [1–4], вторая – конструкторским и технологическим модификациям классической модели квадрупольной линзы и влиянию этих модификаций на показатели системы [5, 6].
Различные виды математического и физического моделирования электромагнитных полей также являются актуальной на сегодняшний день темой. Современные методы численного моделирования позволяют исследовать сложные физические процессы, происходящие в устройствах, а также оптимизировать их параметры для достижения наилучших характеристик [7, 8].

Весь текст будет доступен после покупки

1 ГЛАВА. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1 Классификация электронных линз
Электронные линзы представляют собой устройства, которые создают магнитные или электрические поля, необходимые для фокусировки электронных пучков и формирования электронно-оптических изображений. Аналогичные устройства для работы с ионными пучками называются ионными линзами. Электронные линзы классифицируют в зависимости от типа создаваемого поля (магнитные или электростатические), вида симметрии (осесимметричные, цилиндрические, квадрупольные и другие), а также по другим характерным признакам.
Магнитные электронные линзы, в зависимости от способа возбуждения магнитного поля, делятся на две основные категории: электромагнитные и магнитостатические. Электромагнитная линза (Рис. 1) включает в себя катушку 1, через которую проходит электрический ток, создающий фокусирующее магнитное поле в межполюсном зазоре 3 (щели) линзы. Катушка окружена магнитопроводом 2, и полюсным наконечником 4. Полюсный наконечник изготавливается из магнитно-мягких сплавов с высокой индукцией насыщения, что позволяет использовать его в линзах с большой оптической силой и малым фокусным расстоянием. Фокусировка пучка достигается путем регулирования тока возбуждения, стабильность которого должна поддерживаться на уровне, обеспечивающем минимальные хроматические аберрации.

Весь текст будет доступен после покупки

1) Application Gallery. Quadrupole Lens: [Электронный ресурс]. // Сайт comsol.com – URL: https://www.comsol.com/model/quadrupole-lens-1416 (дата обращения 01.06.2024).
2) Амосков В. М., Васильев В. Н., Гапионок Е. И. и др. Особенности разработки мультипольных элементов на основе постоянных магнитов для систем транспортировки заряженных частиц. II. Уточненная методика выбора конфигурации линзы // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2022. Т. 18. № 4. С. 454-472 (дата обращения 01.06.2024).
3) Гуров В. С., Дубков М. В., Иванов В. В. и др. Использование отображающих свойств квадрупольных линз для селективного выделения ионов // Научные достижения РГРТУ. Рязань, 2017. № 5. С. 173 (дата обращения 01.06.2024).
4) Канцырев А. В., Скачков В. С., Панюшкин В. А. и др. Квадрупольные линзы на постоянных магнитах для прототипа протонного микроскопа PRIOR // Приборы и техника эксперимента. 2016. № 5. С. 92-103 (дата обращения 01.06.2024).
5) Буцыкина М. Д., Ким Е. О. Смещение магнитной оси квадрупольной линзы путем создания асимметрии токов // Наукосфера. 2020. № 10-2. С. 53-58 (дата обращения 01.06.2024).
6) Пономарев А. Г., Магилин Д. В., Мирошниченко В. И. и др. Ионно-оптические свойства квадрупольных линз с конической апертурой // Прикладная физика. 2011. № 3. С. 117-124 (дата обращения 02.06.2024).
7) Бутырин П. А., Дубицкий С. Д., Коровкин Н. В. Численное моделирование электромагнитных полей: мультифизические задачи, инструментарий и обучение // Электричество. 2019. № 6. С. 51-58 (дата обращения 02.06.2024).
8) Виноградова Е. М., Листрукова А. В. Математическое моделирование квадрупольной электростатической линзы // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2016. № 1. С. 19-27 (дата обращения 02.06.2024).
9) Явор С. Я. Фокусировка заряженных частиц квадрупольными линзами. M., 1968 (дата обращения 02.06.2024).
10) Баранова Л. А., Явор С. Я. Электростатические электронные линзы. M., 1986 (дата обращения 02.06.2024).
11) Терешонков Ю.В. Математическое моделирование краевых полей в системах управления пучками частиц // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 10: Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2010. №2. С. 80-94 (дата обращения 02.06.2024).
12) Gutbrod H., Augustin I., Eickhoff H., Gro? K., Henning W., Kramer D., Walter G. FAIR Baseline Technical Report. 2006. Vol. 2 (дата обращения 02.06.2024).

Весь текст будет доступен после покупки