Síntesis optimizada de lentes electrostáticas para el enfoque de partículas cargadas a energías de keV y MeV

Abstract

Este trabajo se centra en el estudio de sistemas de enfoque de partículas cargadas a energías relativamente bajas. Se desarrolla una versión del método de elementos de contorno que permite el cálculo de la distribuciónd e campos eléctricos con muy buena precisión; asimismo, se hace un estudio comparativo para elegir el algoritmo más apropiado para la integración de trayectorias en dichos campos. Con estas herramientas se aborda la caracterización de dos tipos de lentes electrostáticas: sistemas con simetría de rotación y sistemas cuadrupolares. En el primer caso, se presenta un tipo de lente einzel optimizada con respecto a la influencia de las aberraciones geométricas. La optimización se hace utilizando el concepto de modelado del haz a la entrada de la lente -una de las contribuciones esenciales-. En este proceso se emplea un modelo de aproximación analítica, desarrollado en colaboración con el Prof. Dymnikov, que luego se conecta adecuadamente con la simulación numérica. Esta misma optimización se aplica al diseño de una lente de cinco cilindros capaz de acelelar partículas a 150 keV y con una reducciónd el tamaño del haz muy notable, lo que permite su utilización como microsonda en este rango de energías. El segundo bloque de cálculos se dedica al estudio de un sistema formado por cuatro cuadrupolo, el cuadruplete de tipo Dymnikov, capaz de enfocar protones con energías de MeV. Se analiza en detalle la influencia de la geometría de los electrodos para, en funicón de la emitancia a la que se trabaje, decidir cual es la construcción óptima. Como complemento, se muestra la forma en que las aberraciones cromática y mecánica pueden deteriorar la calidad de la imagen a fin de establecer las tolerancias adecuadas.