От лат evaporo испаряю и греч grapho пи­шу), метод получения изображений объектов в их собственном (обычно ик) тепловом излучении. Предложен нем

Вид материала

Документы

Содержание Максвелла уравнениями. Пойнтинга вектором Электромагнитные колеба­ния Электромагнитный измери­тельный механизм В. П. Кузнецов. Шрёдингера урав­нению Л. И. Пономарев. Электронная и ионная оп­тика Рис. 2. Отклонение луча света в неодно­родной оптич. среде. Показатель преломле­ния n возрастает при перемещении сверху вниз. Корпускулярно-волновой дуа­лизм) Рис. 5. Сферич. конденсатор: 1 — электроды кон­денсатора; 2 —то­чечный предмет; 3 — изображение В. М. Кельман, И. В. Родникоеа.

Подобный материал:

• Реферат по русскому языку на тему: «Типы словарей», 284.65kb.
• Метод распознавания изображений гистологических препаратов в задачах медицинской диагностики, 31.25kb.
• Конспект лекций для 16-и часового курса начертальная геометрия издание 2-ое, 578.52kb.
• Обработка и передача изображений, 243.48kb.
• Социоло́гия (от лат socius общественный; др греч. λόγος мысль, причина) наука о закономерностях, 85.75kb.
• Isbn 5-7262-0634 нейроинформатика 2006, 165.42kb.
• М. В. Лычагин Зав кафедрой д э. н., профессор, 986.65kb.
• Предложен метод неразрушающего акустического контроля многофазных макрооднородных композитных, 14.58kb.
• От греч autos -сам, bios жизнь, grapho пишу, лит прозаический жанр; как правило, последовательное, 2051.5kb.
• М. В. Корытова научный руководитель Р. Т. Файзуллин, д т. н., профессор Омский государственный, 26.14kb.

Е и магнитного Н полей связана с  соотношением: =c/.

Особенности Э. в., законы их воз­буждения и распространения описы­ваются Максвелла уравнениями. Если в какой-то области пр-ва существуют электрич. заряды е и токи I, то из­менение их. со временем t приводит к излучению Э. в. На характер рас­пространения Э. в. существенно влияет среда, в к-рой они распространя­ются.



Э. в. могут испытывать прелом­ление, в реальных средах имеет место дисперсия волн, вблизи неоднородностей наблюдаются дифракция волн, интерференция волн, полное внутрен­нее отражение и др. явления, свой­ственные волнам любой природы. Пространств. распределение эл.-магн. полей, временные зависимости E(t) и H(t), определяющие тип волн (пло­ские, сферические и др.), вид поля­ризации и др. особенности Э. в. задаются, с одной стороны, хар-ром источника излучения, с другой -св-вами среды, в к-рой они распро­страняются. В случае однородной и изотропной среды вдали от зарядов и токов, создающих эл.-магн. поле, ур-ния Максвелла приводят к вол­новым уравнениям



описывающим, в частности, распро­странение плоских монохроматич. Э. в.:



Здесь  — диэлектрическая,  — магн. проницаемости среды, Е₀ и H₀ — амплитуды колебаний электрич. и магнит. полей, =2 — круговая частота этих колебаний,  — произ­вольный сдвиг фазы, k — волновой вектор, r — радиус-вектор точки;  — оператор Лапласа

(EH k, H₀ =(/)E₀).

Если среда неоднородна или со­держит поверхности, на к-рых изме­няются её электрич. либо магн. св-ва, или если в пр-ве име­ются проводники, то тип возбуждаемых и распространяющихся Э. в. может сущест­венно отличаться от плоской линейно по­ляризованной волны. Э. в. могут распрост­раняться вдоль на­правляющих поверхностей (поверхно­стные волны), в передающих линиях, в полостях, образованных хорошо проводящими стенками (см. Радиовол­новоды, Световод), в квазиоптич. линиях (см. Квазиоптика).

Хар-р изменения во времени Е и Н определяется законами изменения тока I(t) и зарядов e(t), возбуждающих Э. в. Однако форма волны в общем случае не следует I (t) или e(t). Она в точности повторяет форму тока только в случае линейной среды, если I=I₀sint. Т. к. волны любой формы можно представить в виде суммы гармонических составляю­щих, то для линейных сред, для ко­торых справедлив суперпозиции принцип, все задачи излучения, рас­пространения и поглощения Э. в. произвольной формы сводятся к ре­шению задач для гармонич. Э. в. В изотропном пр-ве скорость рас­пространения гармонич. Э. в., т. е. фазовая скорость v=c(). При на­личии дисперсии скорость переноса энергии v_гр (групповая скорость) мо­жет отличаться от v. Плотность по-

тока энергии, переносимой Э. в., определяется Пойнтинга вектором S= (c/4)[EH]. Т. к. в изотропной среде векторы Е, Н и k образуют правовинтовую систему, то S совпа­дает с направлением распространения Э. в. В анизотропной среде (в т. ч. вблизи проводящих поверхностей) S может не совпадать с направлением распространения Э. в.

Простейшим излучателем Э. в. явл. электрич. диполь — отрезок проводни­ка длиной 1<< по к-рому протекает ток i=i₀ sint. На расстоянии от ди­поля r>> образуется волновая зона (зона излучения), где распространя­ются сферич. волны (см. Антенна).

Создание мощных источников ра­диоволн во всех диапазонах, а также появление квантовых генераторов, в частности лазеров, позволило достичь напряжённости электрич. поля в Э. в., существенно изменяющих св-ва сред, в к-рых происходит их распростра­нение. Это привело к развитию не­линейной теории Э. в. При распро­странении Э. в. в нелинейной среде ( и  зависят от Е и Н) её форма изменяется. Если дисперсия мала, то по мере распространения Э. в. они обогащаются высшими гар­мониками и их форма постепенно искажается (см. Нелинейная оптика). Напр., после прохождения синусои­дальной Э. в. характерного пути (ве­личина к-рого определяется степенью нелинейности среды) может сформи­роваться ударная волна, характеризу­ющаяся резкими изменениями Е и Н (разрывами) с их послед. плавным возвращением к первонач. величинам. Большинство нелинейных сред, в к-рых Э. в. распространяются без сильного поглощения, обладает значит. дис­персией, препятствующей образова­нию ударных Э. в. Поэтому образо­вание ударных волн возможно лишь в диапазоне X от неск. см до длинных волн. При наличии дисперсии в не­линейной среде возникающие высшие гармоники распространяются с разл. скоростью, и существ. искажения формы исходной волны не происходит. Образование интенсивных гармоник и вз-ствие их с исходной волной может иметь место лишь при специально подобранных законах дисперсии (см. Параметрический генератор света).

Э. в. разл. диапазонов  характери­зуются разл. способами возбуждения и регистрации. Они по-разному взаи­модействуют с в-вом. Процессы излу­чения и поглощения Э. в. от самых длинных волн до инфракрасного из­лучения достаточно полно описываются соотношениями электродинамики. На более высоких частотах доминируют процессы, имеющие существенно кван­товую природу, а в оптич. диапазоне и тем более в диапазонах рентгенов­ских и -лучей излучение и погло­щение Э. в. могут быть описаны

875


только на основе представлений о дискретности этих процессов. Во мно­гих случаях эл.-магн. излучение ведёт себя не как набор монохроматич. Э. в. с частотой  и волн. вектором k, а как поток квазичастиц — фотонов с энергией ћ и импульсом p=ћ/c. Волн. св-ва проявляются, напр., в явлениях дифракции и интерферен­ции, корпускулярные — в фотоэффек­те и Комптона эффекте. • Т а м м И. Е., Основы теории электри­чества, 9 изд., М., 1976; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, 6 изд., М., 1973 (Теоретическая физика, т. 2); их же, Электродинамика сплошных сред, М., 1959; Ландсберг Г. С., Оптика, 5 изд., М., 1976 (Общий курс физики).

В. В. Мигулин.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБА­НИЯ, взаимосвязанные колебания электрич. (E) и магн. (Н) полей, составляющих единое электромагнит­ное поле. Распространение Э. к. про­исходит в виде электромагнитных волн. Э. к. представляют собой сово­купность фотонов, и только при очень большом числе фотонов их можно рас­сматривать как непрерывный процесс.

Различают вынужденные Э. к., под­держиваемые внеш. источниками, и собственные колебания, существующие и без них. В неограниченном пр-ве или в системах с потерями энергии (диссипативных) возможны собств. Э. к. с непрерывным спектром частот. Про­странственно огранич. консерватив­ные (без потерь энергии) системы имеют дискретный спектр собств ча­стот, причём каждой частоте соот­ветствует один или неск. независимых типов колебаний (мод). Напр., между двумя отражающими плоскостями в вакууме, отстоящими друг от друга на расстояние l, возможны только синусоидальные Э. к. с круговыми частотами nпс/l, где n — целое число. Собств. колебания имеют вид синусоидальных стоячих волн, в к-рых колебания векторов Е и Н сдвинуты во времени на T/4, а пространств. распределения их амплитуд смещены на /4, так что максимумы (пучности) Е совпадают с нулями (узлами) Н, и наоборот. В таких Э. к. энергия в среднем не переносится в пр-ве, но внутри каждого четвертьволнового участка между узлами полей проис­ходит независимая периодич. перекач­ка электрич. энергии в магнитную и обратно.

Представление Э. к. в виде супер­позиции мод с дискретным или не­прерывным спектром допустимо для любой сложной системы проводников и диэлектриков, если поля, токи, за­ряды в них связаны между собой линейными соотношениями. В ква­зистационарных системах, размеры к-рых << области, где преобла­дают электрич. или магн. поля, могут быть пространственно разделены и сосредоточены в отд. элементах: Е — в ёмкостях С, Н — в индуктивностях

L. Типичный пример системы с сосре­доточенными параметрами - - колеба­тельный контур, где происходят ко­лебания зарядов на обкладках кон­денсаторов и токов в катушках само­индукции. Э. к. в ограниченных кон­сервативных системах с распределён­ными параметрами С и L имеют дис­кретный спектр собств. частот.

В средах эл.-магн. поле взаимо­действует с заряж. ч-цами (эл-нами, ионами), создавая индуциров. токи. Токи проводимости обусловливают по­тери энергии и затухание Э. к.; токи, связанные с поляризацией и намагни­ченностью среды, определяют значе­ния её диэлектрич. и магн. проницаемостей, а также скорость распрост­ранения в ней эл.-магн. волн и спектр собств. частот Э. к. Если индуциров. токи зависят от E и Н нелинейно, то период, форма и др. хар-ки Э. к. зависят от их амплитуд (см. Нели­нейные системы); при этом принцип суперпозиции недействителен и может происходить перекачка энергии Э. к. от одних частот к другим (см. Нели­нейная оптика). На этом основаны принципы работы большинства гене­раторов, усилителей и преобразова­телей частоты Э. к.

Возбуждение Э. к. в устройствах с сосредоточенными параметрами, как правило, осуществляется путём пря­мого подключения к ним генераторов, в ВЧ устройствах с распределёнными параметрами — при помощи элемен­тов связи (вибраторов, петель связи, рамок, отверстий и др.), а в оптич. устройствах — применением линз, призм, отражающих полупрозрачных зеркал и т. д.

• Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; П а р с е л л Э., Электри­чество и магнетизм, пер. с англ., 2 изд., М., 1975 (Берклеевский курс физики, т. 2); Крауфорд Ф., Волны, пер. с англ., 2 изд., М., 1976 (Берклеевский курс физики, т. 3).

М. А. Миллер, Л. А. Островский.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИЗМЕРИ­ТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ, преобра­зователь силы электрич. тока в меха­нич. перемещение на основе вз-ствия магн. поля катушки, по обмоткам к-рой протекает ток, пропорц. изме­ряемой величине, с ферромагн. сердечниками, образующими обычно под­вижную часть механизма; применя­ется для измерений в цепях пост. и перем. тока.




Рис. 1. Устройство эл.-магн. измерит. механизма с плос­кой катушкой: 1 — катушка; 2 — фер­ромагн. сердечник; 3 — пружины, со­здающие противо­действующий меха­нич. момент; 4 — стрелка; 5 — шкала.


Наиболее распространены Э. и. м. с плоской (прямоуг.) и круглой ка­тушкой. В Э. и. м. с плоской катуш­кой (рис. 1) ферромагн. сердечник при

протекании тока по катушке втяги­вается в неё, противодействующий мо­мент создаётся пружинами. В Э. и. м. с круглой катушкой (рис. 2) внутри катушки расположены неподвижный и подвижный сердечники. При про­текании тока по катушке сердечники одноимённо намагничиваются и вра­щающий момент возникает за счёт отталкивания сердечников. Существуют лаб. вольтметры и амперметры с Э. и. м. на пост. и перем. токе (до 2,5 кГц), однако осн. область приме­нения Э. и. м.— щитовые ампермет­ры и вольтметры для измерений в цепях перем. тока пром. частоты (50 Гц) с осн. погрешностью в % от верхнего предела измерений 1,5—2,5%. В виде логометров Э. и. м. применяются также в щитовых фазо­метрах (в т. ч. трёхфазных), ёмкости измерителях.




Рис. 2. Устройство эл.-магн. измерит. ме­ханизма с круглой катушкой: 1 — катушка; 2 и 3 — неподвижный и подвижный сердеч­ники; 4 — пружина, создающая противо­действующий механич. момент; 5 — стрелка.


• Основы электроизмерительной техники, М., 1972; Справочник по электроизмеритель­ным приборам, 2 изд., Л., 1977.

В. П. Кузнецов.

ЭЛЕКТРОН (символ е^-, е), первая элем. ч-ца, открытая в физике; матер. носитель наименьшей массы и наи­меньшего электрич. заряда в природе. Э.— составная часть атомов; их число в нейтр. атоме равно ат. номеру, т. е. числу протонов в ядре. Заряд (е) и масса (m_е) Э. равны:

е=- 4,803•10^-10 ед. СГСЭ-1,6•10^-19 К, m_е0,91•10^-27, г0,511 МэВ. Спин Э. равен ¹/₂ (в ед. ћ), и, сле­довательно, Э. подчиняются Ферми — Дирака статистике. Магн. момент Э. _е-1,00116₀, где ₀ — магнетон Бора. Э.— стабильная ч-ца и отно­сится к классу лептонов.

Э. был открыт англ. физиком Дж. Дж. Томсоном в 1897. Назв. «Э.» (предложенное в 1891 ирл. физиком Дж. Стони для заряда одновалент­ного иона) происходит от греч. слова elektron — янтарь. Электрич. заряд Э. условились считать отрицательным в соответствии с более ранним согла­шением называть отрицательным за­ряд наэлектризов. янтаря (см. Элект­рический заряд). Античастица Э.— позитрон открыта в 1932.

876


Э. участвует в эл.-магн., слабом и гравитац. вз-ствиях. В классич. элект­родинамике Э. ведёт себя как ч-ца, движение к-рой подчиняется Лорен­ца — Максвелла уравнениям. Понятие «размер Э.» не удаётся сформулиро­вать непротиворечиво, хотя величину r₀=е²/m_ес² ~ 10^-11 см принято назы­вать классич. радиусом Э. Причину этих затруднений удалось понять в рамках квант. механики. Согласно гипотезе франц. физика Л. де Бройля (1924), Э. (как и все др. матер. мик­рообъекты) обладает не только кор­пускулярными, но и волн. св-вами (см. Волны де Бройля). Де-бройлевская длина волны Э. =2ћ/m_еv, где v — скорость движения Э. В соот­ветствии с этим, Э., подобно свету, могут испытывать интерференцию и дифракцию. Волн. св-ва Э. были экс­периментально обнаружены в 1927 амер. физиками К. Дэвиссоном и Л. Джермером (см. Дифракция мик­рочастиц).

Движение Э. подчиняется ур-ниям квант. механики: Шрёдингера урав­нению для нерелятивистских явлений и Дирака уравнению — для реляти­вистских. Опираясь на эти ур-ния, можно показать, что оптич., электрич., магн., хим. и механич. св-ва в-в объясняются особенностями движе­ния Э. Наличие спина существ. обра­зом влияет на хар-р движения Э. в атоме. В частности, только учёт спина Э. в рамках квант. механики позволил объяснить периодич. систему элемен­тов Д. И. Менделеева, а также при­роду хим. связи атомов в молекулах.

Э. могут рождаться в разл. реак­циях, самыми известными из к-рых явл. распад отрицательно заряж. мюо­на: ^- e-+v^~_e+v_, а также бета-распад нейтрона: np+e^-+v^~_e. По­следняя реакция явл. источником е^- при радиоактивном распаде ядер. Оба процесса — частные случаи слабого взаимодействия. Примером эл.-магн. процессов, в к-рых происходят пре­вращения Э., может служить анниги­ляция эл-на и позитрона в два -кванта: е^-+е⁺+. С 60-х гг. интенсивно изучаются процессы рож­дения адронов при столкновении эл-нов с позитронами (встречные пуч­ки), напр. рождение пары -мезонов: е^-+е⁺^-+⁺ . В кон. 1974 в аналогичной реакции открыта новая элем. ч-ца J/ (см. Мезоны со скрытым «очарованием»).

Релятивистская квант. теория Э.— квантовая электродинамика, в к-рой достигнуто прекрасное согласие с экс­периментом. Так, вычисл. значение магн. момента Э.



(где ¹/₁₃₇ — тонкой структуры постоянная) с чрезвычайно высокой точностью совпадает с его эксперим.

значением. Однако теорию Э. нельзя считать законченной, поскольку ей присущи внутр. логич. противоречия.

• Милликен Р., Электроны (+ и -), протоны, фотоны, нейтроны и космические лучи, пер. с англ., М.— Л., 1939; Андер­сон Д., Открытие электрона, пер. с англ., М., 1968; Т о м с о н Г. П., Семидесятилет­ний электрон, «УФН», 1968, т. 94, в. 2.

Л. И. Пономарев.

ЭЛЕКТРОНВОЛЬТ (эВ, eV), внесис­темная ед. энергии, применяется для измерения энергии микрочастиц, име­ющих электрич. заряд. 1 эВ=1,60201Х10^-19 Дж=1,60201•10^-12 эрг. Если заряж. ч-цы с единичным зарядом


свою кинетич. энергию ξ_кин=³/₂kТ при­обретают, пробегая разность потенциалов U, то ³/₂kT=eU, где k — Больц­мана постоянная, e — заряд эл-на. При U=1В соответствующая темп-ра

T=2e/3k =7733 К. В случае, когда величину kT выражают в эВ, значе­нию kT=1 эВ соответствует темп-ра T11600 К. Часто в эВ выражают массу микрочастиц на основе установ­ленного А. Эйнштейном соотношения ξ=mc² между массой m и энергией ξ. 1 атомная единица массы=931,5016(26) МэВ.

ЭЛЕКТРОННАЯ И ИОННАЯ ОП­ТИКА, занимается вопросами фор­мирования, фокусировки и отклонения пучков эл-нов и ионов и получения с их помощью изображений под воз­действием электрич. и магн. полей в вакууме. Электронные и ионные изоб­ражения можно визуализировать на люминесцентном экране или фото­слое. Т. к. электронные пучки исполь­зуют гораздо шире, чем ионные, весьма распространён термин «элект­ронная оптика» (ЭО).

Зарождение ЭО связано с созданием в кон. 19 в. электронно-лучевой труб­ки (ЭЛТ). В первой осциллографич. ЭЛТ (нем. физик К. Ф. Браун, 1897) электронный пучок отклонялся магн. полем. Отклонение заряж. ч-ц элект­ростатич. полем наряду с магнитным использовал англ. физик Дж. Дж. Томсон в опытах по определению от­ношения заряда эл-на к его массе, пропуская пучок между пластинами плоского конденсатора, помещённого внутри ЭЛТ. В 1899 нем. физик И. Э. Вихерт применил для фокуси­ровки электронного пучка в ЭЛТ магн. поле катушки с током. Однако лишь в 1926 нем. учёный X. Буш теоретически рассмотрел движение за­ряж. ч-ц в магн. поле такой катушки и показал, что она пригодна для получения правильных электронно-оптич. изображений и, следовательно, явл. электронной линзой (ЭЛ). По­следующая разработка ЭЛ (магнит­ных и электростатических) открыла путь к созданию электронного микро­скопа, электронно-оптического преоб­разователя и др. приборов, в к-рых формируются электронно-оптич. изоб­ражения объектов — либо испуска­ющих эл-ны, либо тем или иным

образом воздействующих на электрон­ные пучки. Конструирование спец. ЭЛТ для телевизионной и радиолокац. аппаратуры, для записи, хране­ния и воспроизведения информации и т. п. привело к дальнейшему раз­витию разделов ЭО, связанных с управлением пучками заряж. ч-ц. Значит. влияние на развитие ЭО оказала разработка аппаратуры для анализа потоков эл-нов (бета-спект­рометров и др. аиалитич. приборов).

Параллельно с исследованием элект­ронных пучков шло исследование пуч­ков ионов, что привело к созданию ионной оптики (ИО). Между ЭО и ИО нет принципиального отли­чия. Движение эл-нов и ионов в поле описывается теми же ур-ниями. Но для применения в технике сущест­венно то, что эл-ны легче получать, а их отклонение и фокусировка из-за меньшей массы могут осуществляться более слабыми и менее протяжёнными магн. полями, чем в случае ионов той же энергии. Кроме того, распределе­ние эл-нов легче визуализировать на люминесцентном экране. Всё это при­вело к широкому распространению электронно-лучевых приборов. Разви­тие ИО в значит. степени связано с созданием масс-спектрометров и ус­корителей заряженных частиц.

Для решения большинства задач Э. и и. о. достаточно рассматривать



Рис. 1. Отклонение электронного пучка в однородном поле плоского конденсатора: 1 — пластины конденсатора; 2 — электрон­ный прожектор. Силовые линии поля изоб­ражены пунктирными линиями, сечения эк­випотенциальных поверхностей плоскостью рисунка — сплошными линиями. Потен­циал поля V возрастает при перемещении сверху вниз.



Рис. 2. Отклонение луча света в неодно­родной оптич. среде. Показатель преломле­ния n возрастает при перемещении сверху вниз.


движение заряж. ч-ц в рамках клас­сич. механики, т. к. волн. природа ч-ц (см. Корпускулярно-волновой дуа­лизм) в этих задачах практически не проявляется. В таком приближении Э. и и. о. носит назв. геометрической по аналогии с геометрической опти­кой световых лучей, к-рая выражается в том, что поведение пучков заряж.

877


ч-ц в электрич. и магн. полях во многом подобно поведению световых лучей в неоднородных оптич. средах. Качественно это подобие обнаружива­ется уже при сравнении рис. 1 и 2. В основе указанной аналогии лежит более общая аналогия между классич. механикой и световой геом. оптикой, установленная ирл. математиком и физиком У. Р. Гамильтоном, доказав­шим в 1834, что общее уравнение ме­ханики (уравнение Гамильтона — Якоби) по форме подобно оптич. урав­нению эйконала. Как и в световой геом. оптике, в геом. Э. и и. о. вво­дится понятие показателя преломле­ния, а при вычислении погрешностей изображения, б. ч. к-рых аналогична аберрациям оптических систем, за­частую используется метод эйконала. Когда приближение геом. Э. и и. о. оказывается недостаточным, напр. при исследовании разрешающей способно­сти электронного микроскопа, при­влекаются методы квантовой меха­ники.

В электронно-оптич. устройствах широко применяются электрич. и магн. поля, обладающие симмет­рией вращения относительно оптич. оси системы. ЭЛ и электронные зер­кала (ЭЗ) с такими полями наз. осесимметричными. Электрич. поля с симметрией вращения созда­ются электродами в виде цилиндров, чашечек, диафрагм с круглыми от­верстиями и т. п. (рис. 3).



Рис. 3. Электронно-оптич. система с сим­метрией вращения, предназначенная для формирования электронного пучка (элект­ронный прожектор): 1 — подогревной ка­тод; 2 — фокусирующий электрод; 3 — пер­вый анод; 4 — второй анод; 5 — сечения эквипотенциальных поверхностей электро­статич. поля плоскостью рисунка. Штри­ховой линией обозначены контуры пучка. У электродов указаны их потенциалы по отношению к катоду, потенциал к-рого при­нят равным нулю. Электроды 1, 2, 3 образу­ют катодную электронную линзу, элект­роды 3 и 4 — иммерсионную.




Рис. 4. Магн. 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).


Для полу­чения осесимметричных магн. полей используют электромагниты (иногда пост. магниты) с полюсами в форме тел вращения или катушки с током (рис. 4). Осесимметричные линзы и зеркала создают правильные элект­ронно-оптич. изображения, если за­ряж. ч-цы движутся достаточно близ­ко к оси симметрии поля, а их нач. 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. Св-ва элект­ростатич. осесимметричной ЭЛ опре­деляются положением её кардиналь­ных точек, аналогичных кардиналь­ным точкам осесимметричных свето-оптич. изображающих систем: фоку­сов, главных точек и узловых то­чек. Построение изображения произ­водится по правилам световой гео­метрической оптики. В магн. ЭЛ оно дополнительно повёрнуто на не­который угол. Электростатическим осесимметричным полям свойствен­ны те же геом. аберрации, что и светооптическим центриров. системам сферич. 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 хроматич. абер­раций (в электростатич. полях — два), обусловленных нек-рым неизбежным разбросом энергий поступающих в поле ч-ц. Вообще говоря, аберрации ЭЛ с симметрией вращения в сопо­ставимых условиях значительно пре­вышают по величине аберрации светооптич. центриров. систем. Вопрос о компенсации аберраций или их уменьшении явл. одним из основных в теоретич. Э. и и. о.

Существуют и др. типы ЭЛ и ЭЗ, поля к-рых обладают разл. видами симметрии. Т. н. цилиндриче­ские электростатич. и магн. ЭЛ и ЭЗ создают линейные изображения точечных предметов. В ряде аналитич. приборов высококачеств. фокусировка необходима только в одном направ­лении. В этих случаях целесообразно применять т. н. трансаксиальные электростатич. ЭЛ или ЭЗ. Для воздействия на пучки заряж. ч-ц с большими энергиями применяют квадрупольные ЭЛ (элект­ростатические и магнитные).

Для отклонения пучков заряж. ч-ц используют электронно-оптич. уст­ройства с электрич. или магн. полями, направленными поперёк пучка. Про­стейшим электрич. отклоняющим эле­ментом явл. плоский электростатич. конденсатор. В ЭЛТ с целью умень­шения отклоняющего напряжения при­меняют системы с электродами более сложной формы. Отклоняющие магн.

поля создаются электромагнитами или проводниками, по к-рым течёт ток. Очень разнообразны формы откло­няющих электрич. и магн. полей, применяемых в масс-спектрометрах, электронных спектрометрах и др. аналитич. приборах, в к-рых поля пространственно разделяют (разре­шают) заряж. ч-цы по энергии и массе, а также фокусируют пучки.



Рис. 5. Сферич. 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.


Электрич. поля обычно формируются разл. конденсаторами: плоским, ци­линдрическим, сферическим (рис. 5) и тороидальным. Из разл. типов магн. полей часто применяются однородное поле (рис. 6) и секторное поле (рис. 7). Для улучшения кач-ва фокусировки искривляют границы секторных магн. полей, а также применяют неодно­родные магн. поля, напряжённость к-рых меняется по определ. закону.




Рис. 6. Отклонение и фокусировка пучка заряж. ч-ц однородным магн. полем: 1 — предмет; 2 — изображение. Заряж. ч-цы, испущенные линейным предметом (щелью) в пределах небольшого угла 2, сначала расходятся, а затем, описав полуокружности с радиусом r, который для всех ч-ц с одной и той же массой и энергией одинаков, фоку­сируются, формируя изображение предмета в виде полоски шириной r². Линейный предмет и полоска-изображение располо­жены параллельно силовым линиям магн. поля, направленным перпендикулярно к плоскости рисунка. О_1? О₂ и О₃ — центры круговых траекторий ч-ц.




Рис. 7. Отклонение и фокусировка пучка заряж. ч-ц секторным однородным магн. по­лем: 1 — магн. поле; 2 — предмет (щель источника); 3 — изображение. Силовые ли­нии магн. поля направлены перпендику­лярно к плоскости рисунка. Изображение лежит на линии, соединяющей предмет с вершиной сектора О. Ширина изображе­ния того же порядка, что и в однородном магн. поле.


878


Перечисл. отклоняющие электрич. и магн. устройства, иногда наз. электронными (ионными) приз­мами, отличаются от светооптич. призм тем, что они не только откло­няют, но и фокусируют пучки заряж. ч-ц. Фокусировка приводит к тому, что попадающие в поля таких уст­ройств параллельные пучки после от­клонения перестают быть параллель­ными. Между тем для создания высококачеств. аналитич. приборов не­обходимы электронные (ионные) приз­мы, к-рые подобно световым призмам сохраняют параллельность пучков. В кач-ве таких электронных призм применяют телескопич. системы элект­рич. и магн. полей. Добавив к элект­ронной призме коллиматорную ЭЛ на входе и фокусирующую — на выхо­де, можно получить аналитич. прибор, в к-ром сочетаются высокая разре­шающая способность и большая электронно-оптич. светосила.

• Арцимович Л. А., Лукьянов С. Ю., Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях, 2 изд., М., 1978; Бонштедт Б. Э., Мар­кович М. Г., Фокусировка и отклоне­ние пучков в электроннолучевых приборах, М., 1967; Глазер В., Основы элект­ронной оптики, пер. с нем., М., 1957; 3 и н ч е н к о Н. С., Курс лекций по электронной оптике, 2 изд., Хар., 1961; Кельман В. М., Явор С. Я., Элект­ронная оптика, 3 изд., Л., 1968.

В. М. Кельман, И. В. Родникоеа.