Пт. Мар 29th, 2024

На электрон в электронном поле напряженностью Е действует сила . Электрон, попадающий в электронное поле движется прямолинейно. В однородном поле происходит преобразование электрического пучка в параллельный поток электронов.

Рис. 3.1 Электрический пучок в однородном электронном поле.

Силовые полосы изображены штриховыми линиями, эквипотенциальные поверхности — сплошными. F = e E = e (V/d) Силовые полосы поля изображены пунктирными линиями, сечения эквипотенциальных поверхностей плоскостью рисунка — сплошными линиями. Потенциал поля V растет при перемещении сверху вниз.

Рис. 3.2 Отклонение луча света в неоднородной оптической среде. Показатель преломления n растет при перемещении сверху вниз.

Движение заряженных частиц в таких устройствах может быть довольно точно описано в рамках традиционной механики, т. к. волновая природа частиц в этих задачках фактически не проявляется. В таком приближении ЭИ и ИО носит заглавие геометрической по аналогии с геометрической оптикой световых лучей, которая выражается в том, что поведение пучков заряженных частиц в электронном и магнитном полях почти во всем подобно поведению световых лучей в неоднородных оптических средах. Отменно это подобие находится уже при сопоставлении рис. 3.1 и 3.2. В базе обозначенной аналогии лежит более общая аналогия меж традиционной механикой и световой геометрической оптикой, установленная ирландским математиком и физиком У. Р. Гамильтоном, доказавшим в 1834, что общее уравнение механики (уравнение Гамильтона — Якоби) по форме подобно оптическому уравнению эйконала. Как и в световой геометрической оптике, в геометрической ЭО и ИО вводится понятие показателя преломления.

Рис. 3.3 Преломление луча света на границе 2-ух сред с различными показателями преломления; sin i / sin r = n2/ n1и преломление электрического пучка на границе 2-ух сред с различными потенциалами sin i / sin r = (V2 / V1)1/2.

При вычислении погрешностей изображения для стремительных частиц подобна аберрациям оптических систем. Когда приближение геометрической ЭО и ИО оказывается недостающим, к примеру при исследовании разрешающей возможности электрического микроскопа, привлекаются способы квантовой механики.

Осесимметричные линзы и зеркала делают правильные электронно-оптические изображения, если заряженные частички движутся довольно близко к оси симметрии поля, а их исходные скорости не достаточно отличаются друг от друга. Если эти условия не производятся, погрешности изображения становятся очень значительными. Когда предмет и изображение лежат за пределами поля, осесимметричные ЭЛ всегда собирающие. Характеристики электростатической осесимметричной ЭЛ определяются положением её кардинальных точек, подобных кардинальным точкам осесимметричных светооптических изображающих систем: фокусов, основных точек и узловых точек. Построение изображения делается по правилам световой геометрической оптики. В магнитных ЭЛ дополнительно повёрнуто на некий угол.

Электростатическим осесимметричным полям характерны те же геометрические аберрации, что и светооптическим центрированным системам сферических поверхностей: сферическая аберрация, астигматизм, кривизна поля изображения, дисторсия и кома. В магн. полях к ним добавляются т. н. анизотропные дисторсия, астигматизм и кома. Не считая того, есть три вида хроматических аберраций (в электростатических полях — два), обусловленных неким неминуемым разбросом энергий поступающих в поле частиц. Вообщем говоря, аберрации ЭЛ с симметрией вращения в сравнимых критериях существенно превосходят по величине аберрации светооптических центрированных систем. Вопрос о компенсации аберраций либо их уменьшении является одним из главных в теоретической ЭО и ИО.

Рис. 3.4 Хроматическая аберрация в светооптических (а) и электрических (б) линзах.

Сферическая аберрация линзы появляется в силу того, что на ее краях лучи отклоняются посильнее, чем в средней части. В итоге изображение точки будет предсталено отрезком, параллельны оптической оси. Сечение пучка лучей будет давать изображение в виде пятна конечных размеров. В итоге этого из-за аберрации происходит искажение изображения предмета. В оптических и электрических системах наблюдается также и явение хроматической аберрации, обусловленной зависимостью показателя преломления от длины волны (дисперсия). Это приводит к тому, что полосы различных длин волн собираются линзой в различных точках.

Есть и другие типы ЭЛ и ЭЗ, поля которых владеют разными видами симметрии. Т. н. цилиндрические электростатические и магнитные ЭЛ и ЭЗ делают линейные изображения точечных предметов. В ряде аналитических устройств качественная фокусировка нужна исключительно в одном направлении. В этих случаях целенаправлено использовать т. н. трансаксиальные электростатические ЭЛ либо ЭЗ. Для воздействия на пучки заряженных частиц с большенными энергиями используют квадрупольные ЭЛ (электростатические и магнитные).

Для отличия пучков заряженных частиц употребляют электронно-оптические устройства с электронными либо магнитными полями, направленными поперёк пучка. В электронно-оптических устройствах обширно используются не только лишь электронные, да и магнитные поля, владеющие симметрией вращения относительно оптической оси системы.

Рис. 3.5 Электрический пучок в однородном магнитном поле.

Линии магнитной индукции, перпендикулярные к плоскости рисунка и направленные от чертежа к нам, изображены точками. F = e[vB]; R = mv/eB.

Электрические лучи (ЭЛ) и электрические зеркала (ЭЗ) с такими полями именуют осесимметричными. Электронные поля с симметрией вращения создаются электродами в виде цилиндров, чашечек, диафрагм с круглыми отверстиями и т. п.

Рис. 3.6 Сферический конденсатор: 1 — электроды конденсатора; 2 —точечный предмет; 3 — изображение предмета; 4 — кольцевые диафрагмы.

Изображение лежит на прямой, проходящей через источник и центр О сфера электродов.

Рис. 3.7 Стеклянные линзы (а) и построенные по аналогии с ними сетчатые электрические линзы (б).

Электрические поля обычно формируются разными конденсаторами: плоским, цилиндрическим, сферическим (рис. 3.7) и тороидальным.

Рис. 3.8 Рассредотачивание потенциала в поле меж 2-мя цилиндрическими электродами

Рис. 3.9 Иммерсионные электрические линзы.

Рис. 3.10 Одиночные электрические линзы.

Для получения осесимметричных магнитных полей употребляют электромагниты (время от времени неизменные магниты) с полюсами в форме тел вращения либо катушки с током (рис. 3.11).

Рис. 3.11 Магнитная линза в виде катушки: а — вид с боковой стороны; б — вид впереди; 1 — катушка; 2 — силовые полосы магн. поля; 3 — электрическая линия движения.

Штриховой линией обозначены контуры электрического пучка, выходящего из точки А (предмет) и фокусируемого в точке В (изображение).

Отклоняющие магнитные поля создаются электромагнитами либо проводниками, по которым течёт ток. Очень многообразны формы отклоняющих электронных и магнитных полей, используемых в масс-спектрометрах, электрических спектрометрах и других аналитических устройствах, в каких поля пространственно делят (разрешают) заряженные частички по энергии и массе, также фокусируют пучки.

Из разных типов магнитных полей нередко используются однородное поле и секторное поле (рис. 3.12). Для улучшения свойства фокусировки искривляют границы секторных магн. полей, также используют неоднородные магнитные поля, напряжённость которых изменяется по определенному закону.

Рис.3.12 Отклонение и фокусировка пучка заряженных частиц однородным (а) магнитным полем: 1 — предмет; 2 — изображение, и секторным (б) магнитным полем: 1 — магн. поле; 2 — предмет (щель источника); 3 — изображение.

Заряженные частички, испущенные линейным предметом (щелью) в границах маленького угла 2a, поначалу расползаются, а потом, описав полуокружности с радиусом r, который для всех частиц с одной и той же массой и энергией схож, фокусируются, формируя изображение предмета в виде полосы. Линейный предмет и полоска-изображение размещены параллельно силовым линиям магнитного поля, направленным перпендикулярно к плоскости рисунка.

Перечисленные отклоняющие электронные и магнитные устройства, время от времени именуют электрическими (ионными) призмами, отличаются от светооптических призм тем, что они не только лишь отклоняют, да и фокусируют пучки заряженных частиц. Фокусировка приводит к тому, что попадающие в поля таких устройств параллельные пучки после отличия перестают быть параллельными.

Меж тем для сотворения качественных аналитических устройств нужны электрические (ионные) призмы, которые подобно световым призмам сохраняют параллельность пучков. В качестве таких электрических призм используют телескопические системы электронных и магнитных полей. Добавив к электрической призме коллиматорную ЭЛ на входе и фокусирующую — на выходе, можно получить аналитич. прибор, в каком смешиваются высочайшая разрешающая способность и большая электронно-оптическая светосила.

От content

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Обнаружен блокировщик рекламы! Пожалуйста, обратите внимание на эту информацию.

We\'ve detected that you are using AdBlock or some other adblocking software which is preventing the page from fully loading.

У нас нет баннеров, флэшей, анимации, отвратительных звуков или всплывающих объявлений. Мы не реализовываем эти типы надоедливых объявлений! Нам нужны деньги для обслуживания сайта, и почти все они приходят от нашей интернет-рекламы.

Пожалуйста, добавьте tehnar.info к вашему белому списку блокирования объявлений или отключите программное обеспечение, блокирующее рекламу.

Powered By
100% Free SEO Tools - Tool Kits PRO