Студопедия
Обратная связь

Сколько стоит твоя работа?
Тип работы:*
Тема:*
Телефон:
Электронная почта:*
Телефон и почта ТОЛЬКО для обратной связи и нигде не сохраняется.

Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономики ЕС Чрезвычайные ситуации ВКонтакте Одноклассники Мой Мир Фейсбук LiveJournal Instagram 500-летие Реформации

Устройство и принцип работы электростатических и магнитных линз

<== предыдущая статья | следующая статья ==>

На электрон в электрическом поле напряженностью Е действует сила . Электрон, попадающий в электрическое поле движется прямолинейно. В однородном поле происходит преобразование электронного пучка в параллельный поток электронов.

Рис. 3.1 Электронный пучок в однородном электрическом поле.

Силовые линии изображены штриховыми линиями, эквипотенциальные поверхности - сплошными. F = e E = e (V/d)

Силовые линии поля изображены пунктирными линиями, сечения эквипотенциальных поверхностей плоскостью рисунка — сплошными линиями. Потенциал поля V возрастает при перемещении сверху вниз.

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

Движение заряженных частиц в таких устройствах может быть достаточно точно описано в рамках классической механики, т. к. волновая природа частиц в этих задачах практически не проявляется. В таком приближении ЭИ и ИО носит название геометрической по аналогии с геометрической оптикой световых лучей, которая выражается в том, что поведение пучков заряженных частиц в электрическом и магнитном полях во многом подобно поведению световых лучей в неоднородных оптических средах. Качественно это подобие обнаруживается уже при сравнении рис. 3.1 и 3.2. В основе указанной аналогии лежит более общая аналогия между классической 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 двух сред с разными показателями преломления; sin i / sin r = n2/ n1и преломление электронного пучка на границе двух сред с разными потенциалами sin i / sin r = (V2 / V1)1/2.

При вычислении погрешностей изображения для быстрых частиц аналогична аберрациям оптических систем. Когда приближение геометрической ЭО и ИО оказывается недостаточным, например при исследовании разрешающей способности электронного микроскопа, привлекаются методы квантовой механики.

Осесимметричные линзы и зеркала создают правильные электронно-оптические изображения, если заряженные частицы движутся достаточно близко к оси симметрии поля, а их начальные скорости мало отличаются друг от друга. Если эти условия не выполняются, погрешности изображения становятся весьма значительными. Когда предмет и изображение лежат за пределами поля, осесимметричные ЭЛ всегда собирающие. Свойства электростатической осесимметричной ЭЛ определяются положением её кардинальных точек, аналогичных кардинальным точкам осесимметричных светооптических изображающих систем: фокусов, главных точек и узловых точек. Построение изображения производится по правилам световой геометрической оптики. В магнитных ЭЛ дополнительно повёрнуто на некоторый угол.

Электростатическим осесимметричным полям свойственны 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. Кроме того, существуют три вида хроматических аберраций (в электростатических полях — два), обусловленных некоторым неизбежным разбросом энергий поступающих в поле частиц. Вообще говоря, аберрации ЭЛ с симметрией вращения в сопоставимых условиях значительно превышают по величине аберрации светооптических центрированных систем. Вопрос о компенсации аберраций или их уменьшении является одним из основных в теоретической ЭО и ИО.

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

Сферическая аберрация линзы возникает в силу того, что на ее краях лучи отклоняются сильнее, чем в средней части. В результате изображение точки будет предсталено отрезком, параллельны оптической оси. Сечение пучка лучей будет давать изображение в виде пятна конечных размеров. В результате этого из-за аберрации происходит искажение изображения предмета.

В оптических и электронных системах наблюдается также и явение хроматической аберрации, обусловленной зависимостью показателя преломления от длины волны (дисперсия). Это приводит к тому, что линии разных длин волн собираются линзой в разных точках.

Существуют и другие типы ЭЛ и ЭЗ, поля которых обладают различными видами симметрии. Т. н. цилиндрические электростатические и магнитные ЭЛ и ЭЗ создают линейные изображения точечных предметов. В ряде аналитических приборов высококачественная фокусировка необходима только в одном направлении. В этих случаях целесообразно применять т. н. трансаксиальные электростатические ЭЛ или ЭЗ. Для воздействия на пучки заряженных частиц с большими энергиями применяют квадрупольные ЭЛ (электростатические и магнитные).

Для отклонения пучков заряженных частиц используют электронно-оптические устройства с электрическими или магнитными полями, направленными поперёк пучка.

В электронно-оптических устройствах широко применяются не только электрические, но и магнитные поля, обладающие симметрией вращения относительно оптической оси системы.

Рис. 3.5 Электронный пучок в однородном магнитном поле.

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

Электронные лучи (ЭЛ) и электронные зеркала (ЭЗ) с такими полями называют осесимметричными. Электрические 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 сферич. электродов.

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

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

Рис. 3.8 Распределение потенциала в поле между двумя цилиндрическими электродами

 

Рис. 3.9 Иммерсионные электронные линзы.

 

Рис. 3.10 Одиночные электронные линзы.

Для получения осесимметричных магнитных полей используют электромагниты (иногда постоянные магниты) с полюсами в форме тел вращения или катушки с током (рис. 3.11).

Рис. 3.11 Магнитная линза в виде катушки: а — вид сбоку; б — вид спереди;

1 — катушка; 2 — силовые линии магн. поля; 3 — электронная траектория.

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

Отклоняющие магнитные поля создаются электромагнитами или проводниками, по которым течёт ток. Очень разнообразны формы отклоняющих электрических и магнитных полей, применяемых в масс-спектрометрах, электронных спектрометрах и других аналитических приборах, в которых поля пространственно разделяют (разрешают) заряженные частицы по энергии и массе, а также фокусируют пучки.

Из различных типов магнитных полей часто применяются однородное поле и секторное поле (рис. 3.12). Для улучшения качества фокусировки искривляют границы секторных магн. полей, а также применяют неоднородные магнитные поля, напряжённость которых меняется по определенному закону.

а) б)

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 частицы, испущенные линейным предметом (щелью) в пределах небольшого угла 2a, сначала расходятся, а затем, описав полуокружности с радиусом r, который для всех частиц с одной и той же массой и энергией одинаков, фокусируются, формируя изображение предмета в виде полоски. Линейный предмет и полоска-изображение расположены параллельно силовым линиям магнитного поля, направленным перпендикулярно к плоскости рисунка.

Перечисленные отклоняющие электрические и магнитные устройства, иногда называют электронными (ионными) призмами, отличаются от светооптических призм тем, что они не только отклоняют, но и фокусируют пучки заряженных частиц. Фокусировка приводит к тому, что попадающие в поля таких устройств параллельные пучки после отклонения перестают быть параллельными.

Между тем для создания высококачественных аналитических приборов необходимы электронные (ионные) призмы, которые подобно световым призмам сохраняют параллельность пучков. В качестве таких электронных призм применяют телескопические системы электрических и магнитных полей. Добавив к электронной призме коллиматорную ЭЛ на входе и фокусирующую — на выходе, можно получить аналитич. прибор, в котором сочетаются высокая разрешающая способность и большая электронно-оптическая светосила.

 

<== предыдущая статья | следующая статья ==>





 

Читайте также:

Устройство и принцип работы атомного силового микроскопа

Теоретические основы построения и функционирования искусственных нейроноподобных устройств

Эффект Мейснера

Основы геометрической электронной оптики

Применение сканирующего СКВИД-микроскопа

MEMS-дисплеи.

Практическая реализация метода электронной микроскопии

Методы преобразования биохимических реакций в аналитический сигнал

Понятия классических и квантовых систем

Метод Лауэ

Растровый (сканирующий) электронный микроскоп

Эффект Зеемана

Вернуться в оглавление: Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении

Просмотров: 3138

 
 

54.162.218.214 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.