چکیده: در این رساله، طیف سنج پرتقالی کوچک به عنوان یک لنز مغناطیسی برای طیف سنجی ذرات باردار کم انرژی مورد بررسی قرار گرفته است. در حالیکه تاکنون طیف سنج پرتقالی کوچک عمدتا برای کاربردهای طیف-سنجی مورد استفاده قرار گرفته است، در این رساله ضمن بررسی عملکرد طیف سنجی، عملکرد آن از دیدگاه اپتیک یونی و به عنوان یک سیستم تصویرسازی برای استفاده در کاربردهای نوظهور اپتیک یونی نیز مورد مطالعه قرار گرفته است و برای هر دو کاربرد بر پایه ی نتایج شبیه سازی های انجام شده در یک انرژی مشخص بهینه شده است. در ابتدا انواع فرایندهای واانگیختگی الکترومغناطیسی هسته شامل تبدیل داخلی و تولید زوج داخلی معرفی شده و جنبه های مختلف این فرایندها مورد بررسی قرار گرفته اند. سپس به اهمیت اندازه گیری و طیف سنجی الکترون ها و پوزیترون های منتشر شده در این فرایندها به عنوان ابزارهای مهم در مطالعه ی ساختار هسته اشاره شده و بر ضرورت انجام اندازه گیری های دقیق تر تاکید شده است. سپس از میان روش های متداول طیف سنجی الکترون های تبدیل داخلی، طیف سنج پرتقالی کوچک به عنوان یک لنز مغناطیسی کم حجم معرفی شده و عملکرد آن از دو دیدگاه طیف سنجی و اپتیک یونی مورد مطالعه و بهینه سازی قرار گرفته است. به این منظور، پارامتر گذردهی و کیفیت تصویر حاصل از طیف سنج به عنوان دو معیار بررسی عملکرد و بهینه سازی مورد بررسی قرار گرفته اند و اثر پارامترهای مختلف، شامل شکل، تعداد، هندسه و نحوه ی چینش مگنت ها در طیف سنج بر این معیارها مطالعه شده است. بر پایه ی شبیه سازی های انجام شده، مقادیر بهینه ی این پارامترها و چیدمان های بهینه برای هر یک از این کاربردها برای یک چشمه ی الکترونی با انرژی keV 500 بدست آمده اند. از آنجائیکه تصاویر حاصل از طیف سنج پرتقالی کوچک اغلب دارای بیراهی است، به منظور کاهش بیراهی و بهبود کیفیت تصویر، آرایش های مرکب بررسی شده اند. پس از مطالعه ی ترکیب های مختلف سیستم های مرکب، طیف سنج پرتقالی دوتایی به عنوان چیدمان بهینه و به عنوان راهکاری مؤثر برای ارتقای عملکرد اپتیکی معرفی شده است. همچنین توانایی هر دو آرایش تکی و دوتایی طیف سنج پرتقالی در جداسازی الکترون ها با انرژی های مختلف و کیفیت بخشی به طیف سنجی الکترون های تبدیل داخلی بررسی و نشان داده شده است. در نهایت، ساختار میدان مغناطیسی حاصل از طیف سنج پرتقالی کوچک به صورت تئوری برای دو شکل مگنت مختلف بررسی شده است. میدان مغناطیسی حاصل از طیف سنج پرتقالی کوچک با مگنت های به شکل مکعب مستطیلی به صورت تحلیلی محاسبه شده است و میدان مغناطیسی حاصل از این طیف سنج با مگنت های گوه ای به شکل قطاع کروی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.