Длинные магнитные линзы

Длинные магнитные линзы будут рассмотрены более подробно в разд. 4.10.1.3. [c.51]

Мы рассмотрели основные законы движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Сначала мы определили лагранжиан частиц (уравнение (2.15)). Закон сохранения энергии позволил представить скорость частицы в виде функции потенциала (уравнение (2.31)). Затем были получены релятивистские уравнения движения (2.50) — (2.52) в обобщенной ортогональной криволинейной системе координат. Были рассмотрены частные случаи уравнений движения в декартовой (уравнения (2.53) — (2.55) и цилиндрической (2.60)—(2.62) системах координат. Уравнения движения были затем преобразованы в траекторные уравнения (2.76) —(2.77), (2.80), (2.81) и (2.84) — (2.85) соответственно. Мы ввели релятивистский потенциал (уравнение (2.89)) и показали, что он позволяет использовать нерелятивистские уравнения в магнитных полях даже в случае высоких энергий частиц. Затем был введен электронно-оптический показатель преломления (соотношение (2.92)) и установлены аналогии между геометрической оптикой, с одной стороны, и электронной и ионной оптикой, — с другой. Были определены траектории частиц в однородных электростатическом и магнитном полях посредством точного решения траекторных уравнений. В качестве практических примеров рассмотрены плоские конденсаторы, длинные магнитные линзы, электростатические и магнитные отклоняющие системы, простые анализаторы масс и скоростей. Наконец, были приведены законы подобия электронной и ионной оптики (соотношения (2.183) — (2.188) и (2.190)). [c.63]

В случае однородного поля ось симметрии может быть выбрана, где угодно. Удобно выбрать ее так, чтобы она совпадала с осью винтовой траектории (см. разд. 2.7.2). Тогда, очевидно, Го = 0, и в азимутальном направлении ориентирована полностью компонента начальной скорости, перпендикулярная оси. Очевидно также, что начальное значение г должно быть равно радиусу винтовой линии К. Из соотношения (2.137) следует, что в параксиальном приближении это требование эквивалентно равенству ао = +2йо- Если подставить это значение вместе с Го = 0 в (4.150), то, как и ожидалось, получим г = = Го. Тогда (4.153) дает а =ао, что соответствует циклотронной частоте (2.135). Это означает, что все результаты, полученные в разд. 2.7.2, справедливы и в параксиальном приближении, причем единственное отличие состоит в том, что в последнем случае перпендикулярная к полю компонента скорости считается малой по сравнению с продольной компонентой. Это условие уже использовалось в разд. 2.7.2.1, где рассматривалась длинная магнитная линза. Очевидно, все, что здесь гово- [c.236]

Рис. 56. Действие длинной магнитной линзы.

Действие магнитных линз основано на силе Лоренца (уравнение (1.14)). Благодаря взаимодействию радиальной составляющей скорости частицы с продольной компонентой магнитной индукции скорость приобретает азимутальную составляющую, которая в свою очередь взаимодействует с продольной компонентой, что приводит к радиальной фокусировке. Мы уже сталкивались с этим эффектом в случае длинной магнитной линзы в разд. 4.10.1.3. Радиальная компонента магнитной индукции взаимодействует с продольной и азимутальной составляющими скорости, вызывая появление новой азимутальной и продольной составляющих соответственно. Присутствие указан- [c.474]

Длинные магнитные линзы, как правило, представляют собой аксиально-симметричные магнитные поля без четко очерченных границ. Поэтому они эквивалентны электростатическим [c.476]

Подробная классификация магнитных линз сравнительно проста. Они могут быть длинными или короткими, изготовленными из сверхпроводящих материалов или постоянных магнитов. Если используются ферромагнитные материалы, то они могут находиться в насыщенном или ненасыщенном состоянии. Магнитные линзы будут подробно рассмотрены в гл. 8. [c.210]

Сравнивая это соотношение с (4.160), мы видим, что эффективная длина выбирается так, чтобы полученное распределение поля давало ту же оптическую силу, что и у тонкой линзы. Как мы объяснили выше, эта величина характеризует также и реальную линзу. Для магнитных линз требуется интегрирование величины В (г), а для нерелятивистских электростатических линз — и г)1 и г)— /о]] в интервале между границами поля. Распределение магнитной индукции реальной линзы показано на рис. 57. Там же для сравнения показаны его квадрат и распределение поля в рамках прямоугольной модели эффективной длины из (4.164). [c.240]

Магнитные линзы обычно сложнее в изготовлении, чем электростатические. Однако число определяющих параметров, как правило, мало, и поэтому расчет свойств магнитных линз намного проще, чем электростатических. Они также более подробно рассмотрены в литературе вследствие исключительно широкого применения в электронной микроскопии. К счастью, имеется превосходная монография [50], соответствующая современному уровню теории магнитных линз. Поэтому в этой главе мы можем ограничиться только рассмотрением их наиболее важных свойств. Магнитные линзы можно разделить на две основные категории длинные линзы с распределенными полями и короткие линзы с сильно концентрированными полями. Следует отметить, что в длинных линзах трудно очертить границы, и даже в случае коротких линз предмет или изображение, либо оба вместе, могут находиться в области поля, поэтому в этом случае важны реальные свойства линз. [c.474]

Концепция эффективной длины более обоснована в случае магнитных линз, потому что функция T z) в этом случае пропорциональна квадрату функции распределения магнитной индукции, и поэтому они достигают максимума в одном и том же месте. Эффективная длина определяется выражением (7.23). Используя выражение (4.159), сразу приходим к соотношению (4.164) в том виде, как оно было использовано в разд. 4.10.2. [c.476]

Магнитные линзы используются для формирования электронных зондов или для получения сильно увеличенных изображений малых объектов. Их также можно использовать для анализа по энергиям. Теперь рассмотрим различные типы магнитных линз. Так как длинные линзы — основа простых моделей магнитных линз, начнем с них. [c.476]

Простейшая возможная модель магнитной линзы представляет собой эквивалентный соленоид (см. разд. 3.1.4), Идея-заключается в замене реальной линзы однородным полем конечной протяженности, что, разумеется, практически нереализуемо, но является весьма удобной математической моделью. Это эквивалентно введению эффективной длины Lea (см. разд. [c.481]

Магнитные линзы, не содержащие железных частей. Серьезный недостаток магнитных линз состоит в том, что магнитная система занимает значительный объем. Было показано [314], что миниатюрный соленоид диаметром всего две трети диаметра полюсных наконечников (т. е. несколько миллиметров) и длиной несколько сантиметров может иметь такие же свойства в первом порядке, как и значительно большая обычная линза с железным кожухом. Очень высокие плотности тока (80 А/мм ) могут быть достигнуты использованием полого, охлаждаемого водой проводника. Такие линзы представляют физическую реализацию модели эквивалентного соленоида (см. разд. 3.1.4). Однако надо иметь в виду, что такие линзы являются существенно длинными, и поэтому их сферическая аберрация относительно велика. [c.505]

Периодическая фокусировка. Естественной альтернативой поддержанию пучка частиц высокой интенсивности является система периодически расположенных электростатических или магнитных линз. Основная идея этого метода продемонстрирована на рис. 168. Каждая линза компенсирует влияние сил пространственного заряда в данной области. Поскольку число линз, следующих друг за другом, велико, этим способом можно поддерживать пучки значительной длины [И, 401]. [c.616]

РУП-400-5-1 — передвижной аппарат. Электронный пучок фокусируется магнитной линзой, диаметр фокусного пятна регулируется от 5 до 12 мм. Выход излучения в виде конического пучка с углом 40° или по всей окружности для кругового просвечивания. Реле времени — на 30 мин. Анод охлаждается проточной водой. Длина кабеля между пультом управления и блок-трансформатором— 10 м. [c.102]

Создана установка для сварки изделия длиной до 1 м, шириной до 0,7 м, толщиной 4—5 мм. В этой установке (ИЭС имени Е. О. Патона) высокое напряжение прикладывается не к детали (изделию), а к электронной пушке и сетчатому аноду. Фокусировка осуществляется подвижной электростатической линзой, а управление — магнитной линзой (рис. 61). [c.195]

Радикальное повышение разрешающей способности достигается в электронном микроскопе, где роль световых лучей выполняют электроны, фокусируемые электрическими и магнитными линзами. Электроны ведут себя подобно волнам с длиной волны [c.366]

Она вновь воскресла через два года после открытия де Бройля — в 1926 году немецкий теоретик Г. Буш доказал, что магнитное поле может действовать на электроны как линза на свет. Это открывало возможность фокусировки электронных пучков. Простая связь между прикладываемым разгоняющим напряжением и длиной волны электрона (см. с. 97) показывала, что можно получить волны на несколько порядков короче световых. Это обещало уникальную возможность увидеть невидимое. Имелась и трудность. Человеческий глаз не способен воспринимать изображение в электронных лучах. Но в то время уже существовал способ их визуализации с помощью экранов, покрытых люминофорами. Под действием попадающих на них электронов эти вещества начинают светиться. [c.100]

Электронная микроскопия. Разрешающая способность обычного микроскопа ограничена сравнительно большой длиной волн видимого света. Значительно большее увеличение (до 10 раз) можно получить при помощи электронного микроскопа. Пучок электронов, разогнанный в электрическом поле до нужной скорости, фокусируется магнитными полями соответствующей конфигурации (как видимый свет фокусируется линзами) и, проходя через изучаемый объект или отражаясь от него, дает изображение на фотопластинке. [c.90]

Радикальное увеличение разрешающей способности достигается в электронном микроскопе, где вместо световых лучей используются Электроны. Соответствующая электронам длина волны де Бройля K=h/ mv) при ускоряющем напряжении 10 кВ равна 10 " м, что уже меньше размеров атома ( 10 m). В формирующих изображение системах электронных линз (магнитных и электростатических) из-за больших аберраций используются только узкие параксиальные пучки-с малыми апертурами ( 0,01 н-0,1), и все же разрешающая способность электронного микроскопа в сотни раз больше, чем оптического. Это позволяет разрешать детали, всего в несколько раз превосходящие размеры отдельных атомов. [c.371]

Длинные магнитные линзы. Наиболее очевидное применение однородного магнитного поля основано на том факте, что частицы движутся по винтовой траектории, пройдя расстояние h = VzoT, возвращаются к одной и той же силовой линии. [c.50]

Однородное магнитное поле. Следующий пример — длинная магнитная линза, образованная магнитным полем, направленным вдоль оси 2. Имеем B(z) =Bo = onst, и в отсутствие электростатического поля i/(z) = i/ = onst. В этом случае, вообще говоря, СфО, поскольку предмет всегда расположен внутри поля. Как и раньше, вместо того чтобы решать нелинейное дифференциальное уравнение (4.31), будем использовать комплексное уравнение (4.40). Обозначая [c.235]

Наибольшими возможностями для исследования е—N)-рассеяния в настоящее время обладает группа физиков, работающая на станфордском двухмильном линейном ускорителе электронов с максим альной энергией = 21 Гэв. Ускоритель представляет собой вакуумную трубу длиной в две мил (отсюда название ускорителя) с 245 клистронами и многочисленными фокусирующими магнитными линзами (через каждые 100 м). На выходе имеется система из фокусирующих и откло-няющих магнитов и коллиматоров. Мишени — жидководородная и жидкодейтериевая. [c.275]

Первые вычисления распределений поля ненасыщенных магнитных линз основывались на представлении полюсов в виде бесконечно длинных цилиндров, оканчивающихся бесконечно протяженными параллельными плоскостями, перпендикулярными оси зазора [82, 83]. Аксиальное распределение поля (и таким образом, действие линзы), в основном, зависит от одного параметра отношения ширины зазора к диаметру канала з/О. Реальная форма магнитной системы не влияет существенно на распределение поля. Действие такой простой конструкции может быгь смоделировано соленоидом длины. 9 с тем же количеством ампер-витков и приблизительным диаметром 20/3. Такой эквивалентный соленоид [84] является хорошим приближением при з/0>0,2. [c.117]

Даже для такого простого распределения поля нельзя найти решение уравнения параксиальных лучей в замкнутом виде. Здесь мы не будем решать уравнение численно, а вместо этого используем более простой и наглядный подход. Как мы увиднм в разд. 8.3.1, простейшей моделью магнитной линзы является прямоугольная модель, в которой действие линзы аппроксимируется действием однородного поля в слое заданной конечной толщины эффективная длина), резко спадающего до нуля на границах слоя. Конечно, мы знаем, что такого поля не может быть, но для грубой оценки параметров толстой линзы такая тривиальная модель оказывается вполне подходящей. [c.240]

Наконец, существуют еще три фактора, которые, однако, должны учитываться прн выборе коэффициента добротности 202]. Первый состоит в том, что если мы хотим сравнивать электростатические и магнитные линзы, то необходимы более универсальные коэффициенты добротности, которые не зависели бы от специфических характеристик электрического и магнитного полей. В качестве величины, к которой отнесены абер рации, можно выбрать один из следующих параметров физиче ская длина фокусирующей системы, ее эффективная длина, определяемая, например, (3.197), протяженность поля линзы (расстояние (Ь—а) на рис. 46), рабочее расстояние в пространстве объектов или изображений, фокусное расстояние в пространстве объектов или изображений и т. д. Все они дают различную информацию о работе линз и позволяют проводить их сравнение. [c.352]

Эта глава представляет собой краткий обзор основных свойств магнитных линз. Мы начали с главных соотношений и затем сжато рассмотрели длинные линзы. Сравнительно подробно описаны различные модели магнитных линз, причем особое внимание уделено колоколообразной модели Глазера. В некоторых деталях обсуждены короткие и различные нетрадиционные линзы. [c.506]

Очень близок по устройству к электронным микроскопам электронограф. Большинство электронных просвечивающих микроскопов может работать в режиме электронографа. При этом электроны с помощью магнитных линз собираются в очень узкий пучок, который наводится на обнаруженную заранее деталь структуры. Получающаяся дифракционная картина подобна той, которая возникает при рентгеновском анализе по методу Лауэ. По электронограмме можно определить кристаллографические параметры очень мелких частиц и тонких пленок, которые не поддаются рентгеноструктурному анализу из-за соизмеримости длин волн рентгеновского излучения и геометрических размеров частиц и пленок. [c.53]

Приближенные расчеты показывают, что волна, соответствующая электрону, ускоренному полем в 150 В, равна 1 А, что на три порядка меньше длины волны видимого света. Поскольку электрону соответствует столь короткая волна, это наводит на мысль о возможности скор1струирования микроскопа, работающего с электронным пучком. Роль оптической системы могут выполнять соответствующим образом подобранные электрические и магнитные поля — электромагнитные линзы для электронного пучка. Этот прибор — электронный микроскоп — впервые был изготовлен в СССР акад. А. А. Лебедевым. Электронные микроскопы в принципе могут ПОЗВОЛИТЬ различить детали размером порядка 1 А. В настоящее время современные электронные микроскопы позволяют различить детали размером 25—30 А. [c.203]

Широкий ионный пучок вытягивается из плазмы ионного источника, ускоряется и формируется при помощи электростатических линз с линейным градиентом электрического поля. Этот широкий пучок с параллельным направлением движения ионов входит в магнитное поле аксиальной симметрии с коэффициентом неоднородности, равным единице, перпендикулярно к его границе. Моноэнергетиче-ские ионы с массой Ото после отклонения в поле продолжают двигаться в виде параллельного пучка. Если этот пучок на выходе из магнитного поля пропустить через продольные каналы, образованные тонкими металлическими перегородками (см. рис. 2.8), то на коллектор попадут только ионы с массой Ша, остальные ионы с массой т>Шо и т<гпо из-за того, что они в поле движутся по свертывающимся и развертывающимся спиралям, не пройдут через узкие каналы, имеющие направление касательных к концентрическим окружностям равновесных траекторий ионов массы то. Разрешающая способность такого прибора определяется соотношением ширины одиночного канала к его длине. [c.49]

В мировой практике освоен выпуск высокоточных деталей (допуски порядка 1 мкм) для часовых механизмов, дисков памяти, видеомагнитофонов, линз, призм, оптических волокон сверхвысокоточных деталей (допуски порядка 0,1 мкм, т. е, длины световой воллы) для миниатюрных шарико- и роликоподшипников, гидравлических сервоклапанов, магнитных головок, лазерных отражателей, электромагнитных клапанов. Для применения пластмасс в интегральных схемах, для видеодисков, оптических пластинок и дисков требус тся повысить точность деталей eiixe на один порядок. Примеры применения пластмасс для изготовления деталей и узлов машин и технологической оснастки приведены в табл. 6.1. Наиболее распространены детали с размерами до 500 мм, расширяется применение деталей с размерами свыше 500 мм. [c.527]

Формирование изображения однородным магнитным полем,, созданным длинным соленоидом или постоянным магнитом, обсуждалось в разд. 2.7.2.1 и 4.10.1.3. Мы знаем, что такая линза образует прямое (неперевернутое и неувеличенное) изображение предмета, помещенного в поле. Единственная оставшаяся проблема — рассчитать ее аберрации. [c.477]

Если мы используем выражение (5.135) для вычисления коэффициента сферической аберрации, то увидим, что первые два члена подынтегральной функции всегда положительны, а знак третьего совпадает со знаком —ВВ". Так как в соответствии с теоремой Шерцера so всегда положительно, можно надеяться на уменьшение сферической аберрации, если значение интеграла по ВВ" предельно велико. Это эквивалентно требованию, чтобы график функции распределения магнитной индукции был всегда выгнут относительно оси, т. е. имел минимум для положительных или максимум для отрицательных значений распределения В г). Магнитные поля с такими распределениями эквивалентны длинным линзам и могут быть сформированы, например, соответствующим образом распределенной неравномерной обмоткой длинного соленоида. Они действительно применялись для уменьшения сферической аберрации в -спектрометрах [291J. [c.481]

Распределение осевого электростатического или магнитного скалярного потенциала представляется кусочной кубичёской функцией, т. е. ищется решение в виде сплайновой линзы. Осевая длина распределения L делится на N равных интервалов. Неизвестное распределение 11 г) ищется в виде уравнения [c.547]

Определение фокусирующих свойств магнитной системы. Во многих случаях матрица М является произведением матриц отдельных составных частей элемента периодичности, взятых в соответствующей последовательности (магнитные блоки с различными п, прямолинейные промежутки, квадрунольные линзы). В общем случае участку орбиты длиной I с постоянной кривизной К соответствует матрица созг]) (/ЛГо/Ч5)81П1]з [c.328]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...