Aberrations in electromagnetic plasma lenses proposed for intense large-aperture ion beam focusing

Abstract

It is shown, that in electromagnetic plasma lenses moment aberrations obey the conservation law of the moment of the ion generalized momentum; they disappear when an ion source is placed in a zero magnetic field. Geometrical aberrations can be removed by choice of the optimal electric field intensity distribution along the radius that have been calculated. As a result, the ion current density and beam compression can achieve in the focus a value up to 10³ A/cm², and 10⁵, accordingly. Then influence of discrete distribution of the external (boundary) electrical potential upon ion focusing was studied, and an example of two-lens achromatic system have been investigated as well.

Досліджується плазмова лінза Морозова, у котрої магнітні поверхні є еквіпотенціалями електричного поля. Магнітне поле створюється центральним струмовим витком і двома бічними витками, включеними назустріч центральному. У роботі приведені результати комп'ютерного моделювання фокусування іонів з урахуванням їх поздовжнього, радіального й азимутального руху. Розглянуто засоби усунення моментних, геометричних і хроматичних аберацій. Проводиться оптимізація магнітного й електричного полів по величині і розподілу в просторі. Промодельоване вплив дискретного розподілу потенціалу на фокусування іонів і розглянуті пов'язані з цим аберації. Розглянуто комп'ютерну модель двухлінзової ахроматичної системи.

Исследуется плазменная линза Морозова, в которой магнитные поверхности являются эквипотенциалями электрического поля. Магнитное поле создается центральным токовым витком и двумя боковыми витками, включенными навстречу центральному. В работе приведены результаты компьютерного моделирования фокусировки ионов с учетом их продольного, радиального и азимутального движения. Рассмотрены способы устранения моментных, геометрических и хроматических аберраций. Проводится оптимизация магнитного и электрического полей по величине и распределению в пространстве. Промоделировано влияние дискретного распределения потенциала на фокусировку ионов и рассмотрены связанные с этим аберрации. Рассмотрена компьютерная модель двухлинзовой ахроматической системы.