Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электр өрісін қолданып зарядталған бөлшектер сәулесінің траекториясын өзгерту. Электростаттық бұрылыс – құрылымдық элементтің бұрылуы.
Applying an electric field to change the trajectory of a charged particle beam
electrostatic deflection of a structural element
Электромагнетизмде электростаттық бұрылыс – бөлшектердің жолына көлденеңінен қолданылатын электр өрісін пайдалану арқылы зарядталған бөлшектер сәулесінің бағытын өзгерту тәсілі. Бұл техника электростатикалық деп аталады, себебі қолданылатын өрістің күші мен бағыты бөлшектердің өрістен өтуіне жұмсалатын уақытқа қарағанда баяу өзгереді, сондықтан әрбір жеке бөлшек үшін өріс өзгермейтін (статикалық) деп есептелуі мүмкін.
In electromagnetism, electrostatic deflection refers to a way of modifying the path of a beam of charged particles by the use of an electric field applied transverse to the path of the particles. The technique is called electrostatic because the strength and direction of the applied field changes slowly relative to the time it takes for the particles to transit the field, and thus can be considered not to change (be static) for any single particle.
Түсіндірме
Лоренц күші кез келген зарядталған бөлшекке электростаттық ауытқу кезінде әсер етеді. Электростаттық ауытқу осы жалпы эффектінің ерекше, жеңілдетілген жағдайын пайдаланады, өйткені өріс электр өрісімен шектеледі. Электр өрісі бөлшекке өрістің күшіне және бөлшектің зарядына пропорционалды күш түсіреді. Қолданылатын күштің бағыты оң зарядтар үшін электр өрісінің бағытымен бірдей, ал теріс зарядтар үшін кері бағытта болады. Электростаттық ауытқу үшін қолданылатын электр өрісі ағынның бастапқы бағытына перпендикуляр жазықтықта орналастырылады. Бұл күш бөлшектерді олардың зарядына пропорционалды түрде үдетіп жібереді. Бөлшектердің қозғалыс жолы олардың бүйірлеме үдеуіне және ауытқу өрісіне кіргендегі жылдамдықтарына байланысты. Сондықтан, бағытты жақсы бақылау үшін ағындағы бөлшектердің заряд-масса қатынамы біркелкі болуы және олардың жылдамдығы да біркелкі болуы қажет.
The Lorentz force acts on any charged particle in an electrostatic deflection. Electrostatic deflection uses a special, simplified case of this general effect by limiting the field to an electric field. An electric field applies a force on a particle that is proportional to the strength of the field and to the charge on the particle. The direction of the applied force is the same as the direction of the electric field for positive charges and opposite for negative charges. For electrostatic deflection, the applied electric field is arranged so that it lies in the plane perpendicular to the initial direction of the stream. The particles are accelerated by this force in proportion to the charge of the particles. The path the particles follow depends on their sideways acceleration and their velocity when they enter the deflecting field. Therefore, it is important for good control of the direction that the particles in the stream have a uniform charge to mass ratio and that they move at a uniform speed.
Қолданылуы
Бұл техниканың ең көп қолданылатын түрі – вакуумде электрон ағынының жолын басқару. Оциллоскоптардағы кішкентай катодты сәулелі түтіктерде қолданылуының бір мысалы. Мұндай түтіктерде электр өрісі екі жұпталған электродтар арқылы жасалады, олар тік бұрыштарда орнатылған және электрон ағыны олардың арасымен өтеді. Бұл орналасу сәулені екі өлшемде (әдетте жоғары/төмен (тік) және оң/сол (көлденең) деп қабылданады) тәуелсіз түрде бұруға мүмкіндік береді. Электродтар көбінесе бұрылу пластиналары деп аталады. Дәстүрлі түрде электрондар алдымен тік бұрылу пластиналарынан өтеді, бұл көлденең бұрылу пластиналарына қарағанда тік бұрылу пластиналарынан фосфор экранына дейінгі жол ұзақтығына байланысты сәл жоғары сезімталдыққа ие болады. Өте жоғары жылдамдықты осциллоскоптарда бұрылу пластиналары көбінесе күрделі құрылымдар болып табылады, олар электрлік кешіктіру желісімен бірге бірнеше кіші пластиналарды біріктіреді. Электр сигналының таралу жылдамдығын электрондардың өту жылдамдығымен сәйкестендіру арқылы максималды өткізу қабілетіне (жиілік жауабына) қол жеткізіледі. Бұл техника жеткілікті біртекті ағын жасауға болатын жағдайларда жақсы жұмыс істейді, жоғарыда айтылғандай. Сондықтан, ол макроскопиялық бөлшектер ағынын басқаруда, мысалы, флуоресценциялық жасушаларды сұрыптауда да қолданылады. Тағы бір қолданылуы – бір түрлі сия қадау принтерінде. Электростатикалық бұрылу шағын бұрыштар үшін өте пайдалы, бірақ зарядталған бөлшектер сәулесін үлкен бұрыштарға, мысалы, 10 градустан астам бұру үшін магниттік бұрылудан кем дегенде екені белгілі. Себебі бұрылу бұрмалануы бұрыш ұлғайған сайын артады. Бұл сәулені нақты бағыттау мүмкіндігін азайтады. Электростатикалық бұрылуда сәулені зарядталған бұрылу пластиналарының арасындағы ортаға енгізу, мүмкіндігінше шеттік өрістерден аулақ болу үшін ұзақ уақыттан бері қолданылып келеді. Алайда, есептеу әдістері арқылы сәуле тартымды пластинаға қарай ығыстырылып енгізілсе, бұрылу бұрмалануы айтарлықтай төмендейтіні анықталды. Осылайша, сәуле эквипотенциалдық сызықтарды ұстанады және бұрылу күші сәуле бағытына перпендикуляр болады. Осылайша, сәуледегі барлық электрондар бірдей бұрышта бұрылады. Түзетуге болатын астигматизм де бар. Бұл бұрылу идеясы сыналып, расталған. 50 градусқа дейін бұрылу бұрмаланусыз мүмкін екені хабарланды. Оптималды енгізу ығысуы пластина аралығының шамамен 1/3 бөлігін құрайды. Сәуленің пайдалы диаметрі де аралықтың шамамен 1/3 бөлігіне тең.
The most common use for this technique is controlling the path of a stream of electrons in a vacuum. One application is in small cathode ray tubes for oscilloscopes. In these tubes the electric field is created by two sets of paired electrodes, mounted at right angles, that the electron stream flows between. This arrangement allows independent deflection of the beam in two dimensions (usually perceived as up/down (vertical) and right/left (horizontal)). The electrodes are commonly called deflection plates. Traditionally, the electrons pass through the vertical deflection plates first, yielding slightly higher sensitivity because of the longer travel time from the vertical deflection plates to the phosphor screen as compared to the horizontal deflection plates. In very high speed oscilloscopes, the deflection plates were often complex structures, combining a series of sub plates with an electrical delay line. By matching the propagation speed of the electrical signal with the transit speed of the electrons, maximum bandwidth (frequency response) was achieved. The technique works well whenever a sufficiently uniform stream can be created, as discussed above. Therefore, it has been used in controlling macroscopic particle streams, for instance in fluorescence activated cell sorting, as well. Another application was in one type of inkjet printer. Electrostatic deflection is very useful for small deflection angles but is well known to be inferior to magnetic deflection for deflecting a charged particle beam into large angles say over 10 degrees. The reason is that deflection aberrations become large as the deflection angle increases. This reduces the ability to finely focus the beam. Also in electrostatic deflection it has long been the practice to inject the beam midway between the charged deflection plates so as to avoid the fringe fields as much as possible. However it was found by computation methods that deflection aberrations would be significantly reduced if the beam were injected offset toward the attracting plate. That way the beam tends to follow equipotentials and the deflection force is normal to the beam direction. Thus offset, all the electrons in the beam are deflected into the same angle. There is an induced astigmatism that is correctable. This deflection idea has been tested and verified. Deflection angles of 50 degrees are reportedly possible without measurable deflection aberration. Optimal injection offset is approximately 1/3 of the plate gap toward the deflecting plate. The useful beam diameter is also approximately 1/3 of the gap.