Published June 1972 | Version v1
Journal article

Determination of the characteristics of toroidal electrostatic analyzers. Application to the optimization of analyzers used in space physics

  • 1. Centre National de la Recherche Scientifique, 45 - Orleans-la-Source (France). Groupe de Recherches Ionospheriques
  • 2. Centre National de la Recherche Scientifique, 91 - Verrieres-le-Buisson (France). Lab. de Physique Stellaire et Planetaire
  • 3. Centre National de la Recherche Scientifique, 94 - Saint-Maur-des-Fosses (France). Groupe de Recherches Ionospheriques

Description

A numerical method for determining the characteristics of electrostatic particle analyzers is presented, applicable in the general case of toroidal electrodes. The electrostatic field is expressed as a Taylor series expansion in terms of reduced coordinates, defining the position of a point relative to the average equipotential. The coefficients of this expansion are evaluated up to an arbitrary given order, and the trajectory of a particle is determined by numerical integration of the equations of motion. By exploring different incidence cases, the characteristic quantities of the analyzer are obtained. The results are compared with those obtained through a rheographic tank simulation. Two concrete examples of the use of the developed numerical program are presented, addressing measurement problems in space environments: an analyzer with high resolution in energy and angle, and an analyzer with a large input range and wide energy bandwidth. The toroidal shape significantly broadens the performance framework achieved with traditional cylindrical or spherical analyzers.

Abstract (French)

On présente une méthode numérique de détermination des caractéristiques d'analyseurs électrostatiques de particules, valable dans le cas général d'électrodes toriques. Le champ électrostatique est exprimé sous forme d'un développement limité en fonction de coordonnées réduites, définissant la position d'un point par rapport à l'équipotentielle moyenne. On évalue les coefficients de ce développement jusqu'à un ordre donné quelconque, et la trajectoire d'une particule est déterminée par intégration numérique des équations du mouvement. On aboutit, par exploration des différents cas d'incidence, aux grandeurs caractéristiques de l'analyseur. Les résultats sont comparés avec ceux obtenus au moyen d'une simulation en cuve rhéographique. On présente deux exemples concrets d'utilisation du programme numérique mis au point, exemples qui répondent à des problèmes de mesure en milieu spatial : analyseur à grands pouvoirs de résolution en énergie et en angle, analyseur à grand domaine d'entrée et large bande passante en énergie. La forme torique permet d'élargir de manière très appréciable le cadre des performances obtenues à l'aide d'analyseurs de formes classiques, cylindriques ou sphériques.

Additional details

Additional titles

Original title (French)
Determination des grandeurs caracteristiques des analyseurs electrostatiques toriques. Application a l'optimisation d'analyseurs utilises en physique spatiale

Publishing Information

Journal Title
Revue de Physique Appliquée
Journal Volume
7
Journal Issue
2
Series
Rev. Phys. Appl.
Journal Page Range
95-106
ISSN
0035-1687

INIS

Country of Publication
France
Country of Input or Organization
France
INIS RN
4039116
Subject category
S46: INSTRUMENTATION RELATED TO NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY;
Descriptors DEI
ELECTRODES; ELECTROSTATIC ANALYZERS; ELEMENTARY PARTICLES; PERFORMANCE; SHAPE; TORI; TRAJECTORIES
Descriptors DEC
BEAM ANALYZERS; CONFIGURATION

Optional Information

Notes
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