Odchylenie elektrostatyczne
Odchylenie elektrostatyczne odnosi się do sposobu modyfikowania toru wiązki naładowanych cząstek za pomocą pola elektrycznego przyłożonego poprzecznie do toru cząstek. Technika ta nazywana jest elektrostatyczną , ponieważ siła i kierunek przyłożonego pola zmienia się powoli w stosunku do czasu potrzebnego cząstkom na przejście przez pole, a zatem można uznać, że nie zmienia się (jest statyczny) dla żadnej pojedynczej cząstki.
Wyjaśnienie
Siła Lorentza działa na każdą naładowaną cząstkę w odchyleniu elektrostatycznym. Odchylenie elektrostatyczne wykorzystuje specjalny, uproszczony przypadek tego ogólnego efektu, ograniczając pole do pola elektrycznego . Pole elektryczne działa na cząstkę siłą proporcjonalną do natężenia pola i ładunku cząstki. Kierunek przyłożonej siły jest taki sam jak kierunek pola elektrycznego. W przypadku odchylenia elektrostatycznego przyłożone pole elektryczne jest ustawione tak, że leży w płaszczyźnie prostopadłej do początkowego kierunku strumienia. Cząstki są przyspieszane przez tę siłę proporcjonalnie do ładunku cząstek. Ścieżka, po której poruszają się cząstki, zależy od ich przyspieszenia bocznego i prędkości w momencie wejścia w pole odchylające. Dlatego dla dobrej kontroli kierunku ważne jest, aby cząstki w strumieniu miały jednolity stosunek ładunku do masy i poruszały się z jednakową prędkością.
Używa
Najczęstszym zastosowaniem tej techniki jest kontrolowanie ścieżki strumienia elektronów w próżni. Jednym z zastosowań są małe lampy elektronopromieniowe do oscyloskopów . W lampach tych pole elektryczne jest wytwarzane przez dwa zestawy sparowanych elektrod, zamontowanych pod kątem prostym, pomiędzy którymi przepływa strumień elektronów. Taki układ pozwala na niezależne odchylenie wiązki w dwóch wymiarach (zwykle postrzeganych jako góra/dół (pion) i prawo/lewo (poziom)). Elektrody są powszechnie nazywane płytkami odchylającymi . Tradycyjnie elektrony najpierw przechodzą przez pionowe płytki odchylające, uzyskując nieco wyższą czułość ze względu na dłuższy czas podróży z pionowych płytek odchylających do ekranu luminoforowego w porównaniu z poziomymi płytkami odchylającymi. W oscyloskopach bardzo szybkich płytki odchylające były często złożonymi strukturami, łączącymi szereg płyt pomocniczych z elektryczną linią opóźniającą . Dopasowując prędkość propagacji sygnału elektrycznego do prędkości przechodzenia elektronów, osiągnięto maksymalną szerokość pasma (pasmo przenoszenia).
Technika ta sprawdza się zawsze wtedy, gdy można utworzyć wystarczająco jednolity strumień, jak omówiono powyżej. Dlatego był używany do kontrolowania makroskopowych strumieni cząstek, na przykład również do sortowania komórek aktywowanych fluorescencją . Inne zastosowanie dotyczyło jednego typu drukarki atramentowej .
Odchylenie elektrostatyczne jest bardzo przydatne w przypadku małych kątów odchylenia, ale dobrze wiadomo, że jest gorsze od odchylenia magnetycznego w odchylaniu wiązki naładowanych cząstek pod dużymi kątami - powiedzmy powyżej 10 stopni. Powodem jest to, że aberracje ugięcia stają się duże wraz ze wzrostem kąta ugięcia. Zmniejsza to zdolność do dokładnego ogniskowania wiązki. Również w odchylaniu elektrostatycznym od dawna praktykuje się wstrzykiwanie wiązki w połowie odległości między naładowanymi płytkami odchylającymi, aby w jak największym stopniu uniknąć pól brzegowych. Jednak metodami obliczeniowymi stwierdzono, że aberracje odchylenia byłyby znacznie zmniejszone, gdyby wiązka była wtryskiwana z przesunięciem w kierunku płytki przyciągającej. W ten sposób wiązka ma tendencję do podążania za ekwipotencjałami, a siła odchylająca jest normalna do kierunku wiązki. W ten sposób przesunięte wszystkie elektrony w wiązce są odchylane pod tym samym kątem. Istnieje astygmatyzm indukowany, który można skorygować. Ten pomysł na ugięcie został przetestowany i zweryfikowany. Kąty odchylenia wynoszące 50 stopni są podobno możliwe bez mierzalnej aberracji odchylenia. Optymalne przesunięcie wtrysku wynosi około 1/3 szczeliny płyty w kierunku płyty odchylającej. Użyteczna średnica belki to również około 1/3 szczeliny.
Linki zewnętrzne
- Interaktywny aplet Java dotyczący elektrostatycznego odchylenia wiązki elektronów autorstwa Wolfganga Bauera