Электростатическое отклонение

В электромагнетизме приложенного электростатическое отклонение относится к способу изменения траектории луча заряженных частиц с помощью электрического поля, поперек траектории частиц. Этот метод называется электростатическим , потому что сила и направление приложенного поля изменяются медленно относительно времени, которое требуется частицам для прохождения поля, и, таким образом, можно считать, что он не меняется (статичен) для любой отдельной частицы.

Объяснение

Сила Лоренца действует на любую заряженную частицу при электростатическом отклонении. Электростатическое отклонение использует особый, упрощенный случай этого общего эффекта, ограничивая поле электрическим полем . Электрическое поле прикладывает к частице силу, пропорциональную напряженности поля и заряду частицы. Направление приложенной силы такое же, как направление электрического поля для положительных зарядов и противоположное для отрицательных зарядов. Для электростатического отклонения приложенное электрическое поле располагают так, чтобы оно лежало в плоскости, перпендикулярной начальному направлению потока. Частицы ускоряются под действием этой силы пропорционально заряду частиц. Путь, по которому следуют частицы, зависит от их бокового ускорения и скорости в момент входа в отклоняющее поле. Поэтому для хорошего контроля направления важно, чтобы частицы в потоке имели однородное соотношение заряда к массе и двигались с одинаковой скоростью.

Использование

Наиболее распространенным применением этого метода является контроль траектории потока электронов в вакууме. Одним из применений являются небольшие электронно-лучевые трубки для осциллографов . В этих трубках электрическое поле создается двумя наборами парных электродов, установленных под прямым углом, между которыми течет поток электронов. Такое расположение позволяет независимо отклонять балку в двух измерениях (обычно воспринимаемых как вверх/вниз (вертикально) и вправо/влево (горизонтально)). Электроды обычно называют отклоняющими пластинами . Традиционно электроны сначала проходят через пластины вертикального отклонения, что дает немного более высокую чувствительность из-за большего времени прохождения от пластин вертикального отклонения до люминофорного экрана по сравнению с пластинами горизонтального отклонения. ^[1] В сверхбыстродействующих осциллографах отклоняющие пластины часто представляли собой сложную конструкцию, состоящую из ряда дополнительных пластин с электрической линией задержки . Путем согласования скорости распространения электрического сигнала со скоростью прохождения электронов была достигнута максимальная полоса пропускания (частотная характеристика).

Этот метод хорошо работает всякий раз, когда можно создать достаточно однородный поток, как обсуждалось выше. Поэтому его использовали для управления потоками макроскопических частиц, например, при сортировке клеток, активируемой флуоресценцией . Другое применение было в одном типе струйных принтеров .

Электростатическое отклонение очень полезно для небольших углов отклонения, но хорошо известно, что оно уступает магнитному отклонению при отклонении пучка заряженных частиц на большие углы - скажем, более 10 градусов. Причина в том, что аберрации отклонения становятся большими по мере увеличения угла отклонения. Это снижает возможность точной фокусировки луча. Также при электростатическом отклонении уже давно практикуется введение луча посередине между заряженными отклоняющими пластинами, чтобы максимально избежать краевых полей. Однако методами вычислений было обнаружено, что аберрации отклонения будут значительно уменьшены, если луч будет инжектироваться со смещением в сторону притягивающей пластины. Таким образом, луч стремится следовать эквипотенциалам, а сила отклонения перпендикулярна направлению луча. При таком смещении все электроны в луче отклоняются на один и тот же угол. Существует индуцированный астигматизм, который поддается коррекции. Эта идея отклонения была протестирована и проверена. Сообщается, что углы отклонения в 50 градусов возможны без измеримой аберрации отклонения. Оптимальное смещение впрыска составляет примерно 1/3 зазора пластины в сторону отклоняющей пластины. Полезный диаметр луча также составляет примерно 1/3 зазора. ^[2]

Ссылки

^ Л. В. Тернер (редактор), Справочник инженера-электронщика , Ньюнс-Баттерворт, 1976, ISBN 0-408-00168-2 , стр. 7-90 - 7-92
^ М. Рецкий и Р. Штейн. Тестирование инновационной технологии отклонения электронного луча: первые результаты. Жур. Вакуумная наука и техника. B 20(6): 2678-2681, ноябрь/декабрь 2002 г.

Внешние ссылки

по электростатическому отклонению электронного луча. Интерактивный Java-апплет Вольфганга Бауэра

См. также

[1] Л. В. Тернер (редактор), Справочник инженера-электронщика , Ньюнс-Баттерворт, 1976, ISBN 0-408-00168-2 , стр. 7-90 - 7-92

[2] М. Рецкий и Р. Штейн. Тестирование инновационной технологии отклонения электронного луча: первые результаты. Жур. Вакуумная наука и техника. B 20(6): 2678-2681, ноябрь/декабрь 2002 г.

[1]

[2]