Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электростатикалық линза – зарядталған бөлшектерді тасымалдауға көмектесетін құрылғы. Мысалы, ол үлгіден шығарылған электрондарды электрондық анализаторға бағыттауы мүмкін, бұл оптикалық линзаның оптикалық құралда жарықты тасымалдауға көмектесетінімен салыстырылады. Электростатикалық линзалар жүйелері оптикалық линзалар сияқты құрастырылуы мүмкін, сондықтан электростатикалық линзалар электрондардың траекториясын оңай үлкейтуге немесе шоғырландыруға мүмкіндік береді. Электростатикалық линзаны иондық сәулені шоғырландыру үшін де пайдалануға болады, мысалы, жеке жасушаларды сәулелендіру үшін микросәуле жасау үшін.
An electrostatic lens is a device that assists in the transport of charged particles. For instance, it can guide electrons emitted from a sample to an electron analyzer, analogous to the way an optical lens assists in the transport of light in an optical instrument. Systems of electrostatic lenses can be designed in the same way as optical lenses, so electrostatic lenses easily magnify or converge the electron trajectories. An electrostatic lens can also be used to focus an ion beam, for example to make a microbeam for irradiating individual cells.
Цилиндрлі линза
Цилиндрлі линза бірнеше цилиндрден тұрады, олардың қабырғалары жұқа қабырғалардан құралған. Әрбір цилиндр электрондар кіретін оптикалық оське параллель орналасады. Цилиндрлердің арасында кішкентай саңылаулар бар. Әрбір цилиндрдің кернеуі әртүрлі болғанда, цилиндрлер арасындағы саңылау линза ретінде жұмыс істейді. Ұлғайтуды әртүрлі кернеу комбинацияларын таңдау арқылы өзгертуге болады. Екі цилиндрлі линзаның ұлғайтуын өзгертуге болатындықтан, фокус нүктесі де осы операциямен өзгереді. Үш цилиндрлі линзалар объектінің және бейнесінің орналасуын сақтап, ұлғайтуды өзгертуге мүмкіндік береді, себебі линза ретінде жұмыс істейтін екі саңылау бар. Электрондардың кинетикалық энергиясына байланысты кернеулер өзгеруі мүмкін, бірақ оптикалық параметрлер өзгермесе, кернеу арақатынасы тұрақты болып қалады. Зарядталған бөлшек электр өрісінде болғанда, оған күш әсер етеді. Бөлшектің жылдамдығы жоғары болған сайын, жинақталған импульс соғұрлым азаяды. Коллимацияланған сәуле үшін фокустық қашықтық бастапқы импульстың линзаның жинақталған (перпендикуляр) импульсына бөлінуімен анықталады. Бұл бір линзаның фокустық қашықтығын зарядталған бөлшектің жылдамдығының екінші дәрежелі функциясы етеді. Фотоникадан белгілі линзалар электрондар үшін оңай қол жетімді емес. Цилиндрлі линза дифокус линзасынан, фокус линзасынан және екінші дифокус линзасынан тұрады, олардың сыну күштерінің қосындысы нөлге тең. Бірақ линзалар арасындағы қашықтық электронды үш рет айналуға мәжбүр етеді және ол фокус линзасына осьтен алшақ орналасқан жерде соқтығысады, соның салдарынан күштірек өрістен өтеді. Бұл жанамалық нәтижесінде, түйінделген сыну күші бір линзаның сыну күшінің квадратына тең болады.
A cylinder lens consists of several cylinders whose sides are thin walls. Each cylinder lines up parallel to the optical axis into which electrons enter. There are small gaps put between the cylinders. When each cylinder has a different voltage, the gap between the cylinders works as a lens. The magnification is able to be changed by choosing different voltage combinations. Although the magnification of two cylinder lenses can be changed, the focal point is also changed by this operation. Three cylinder lenses achieve the change of the magnification while holding the object and image positions because there are two gaps that work as lenses. Although the voltages have to change depending on the electron kinetic energy, the voltage ratio is kept constant when the optical parameters are not changed. While a charged particle is in an electric field force acts upon it. The faster the particle the smaller the accumulated impulse. For a collimated beam the focal length is given as the initial impulse divided by the accumulated (perpendicular) impulse by the lens. This makes the focal length of a single lens a function of the second order of the speed of the charged particle. Single lenses as known from photonics are not easily available for electrons. The cylinder lens consists of defocusing lens, a focusing lens and a second defocusing lens, with the sum of their refractive powers being zero. But because there is some distance between the lenses, the electron makes three turns and hits the focusing lens at a position farther away from the axis and so travels through a field with greater strength. This indirectness leads to the fact that the resulting refractive power is the square of the refractive power of a single lens.
Einzel линзасы
Айндл линзасы – сәуленің энергиясын өзгертпей шоғырландыратын электростатикалық линза. Ол бір ось бойындағы үш немесе одан көп цилиндрлі немесе тікбұрышты құбырлар жиынтығынан тұрады.
An einzel lens is an electrostatic lens that focuses without changing the energy of the beam. It consists of three or more sets of cylindrical or rectangular tubes in series along an axis.
Төртполюсті линза
Төртполюс линзасы бір-біріне қатысты 90° бұрылған екі төртполюстен тұрады. z оптикалық ось болса, x және y осьтері үшін қайталама қуаттылықтың бір линзаның қайталама қуаттылығының квадратына тең екенін жеке-жеке анықтауға болады. Магниттік төртполюс электрлік төртполюсқа өте ұқсас жұмыс істейді, бірақ Лоренц күші зарядталған бөлшектің жылдамдығымен бірге артады. Вейн сүзгісі сияқты, біріктірілген магниттік және электрлік төртполюс белгілі бір жылдамдық шамасында ахроматикалық болады. Бор және Паули спині бар иондарға (хроматикалық аберрация тұрғысынан) қолданғанда бұл линза аберрацияға алып келеді, ал спині бар электрондарға қолданғанда – алып келмейді деп мәлімдейді. Стерн-Герлах тәжірибесіне қараңыз.
The quadrupole lens consists of two single quadrupoles turned 90° with respect to each other. Let z be the optical axis then one can deduce separately for the x and the y axis that the refractive power is again the square of the refractive power of a single lens. A magnetic quadrupole works very similar to an electric quadrupole, however the Lorentz force increases with the velocity of the charged particle. In spirit of a Wien filter, a combined magnetic, electric quadrupole is achromatic around a given velocity. Bohr and Pauli claim that this lens leads to aberration when applied to ions with spin (in the sense of chromatic aberration), but not when applied to electrons which also have a spin. See Stern–Gerlach experiment.
Магниттік линза
Магниттік өрісті зарядталған бөлшектерді шоғырландыру үшін де қолдануға болады. Электронға әсер ететін Лоренц күші қозғалыс бағытына да, магнит өрісінің бағытына да перпендикуляр болады (vxB). Біртекті өріс зарядталған бөлшектерді бұрады, бірақ оларды шоғырландырмайды. Ең қарапайым магниттік линза – донат пішіндес катушка, оның ортасынан сәуле өтеді, әсіресе катушка осі бойымен. Магниттік өріс тудыру үшін катушкадан электр тогы өткізіледі. Магниттік өріс катушка жазықтығында ең күшті болып, одан алшақтағанда әлсірейді. Катушка жазықтығында, осьтен алшақтаған сайын өріс күшейе түседі. Сондықтан, осьтен алыс орналасқан зарядталған бөлшек осіне жақын орналасқан бөлшекке қарағанда күштірек Лоренц күшіне ие болады (егер олардың жылдамдықтары бірдей болса). Осыдан шоғырландыру әрекеті пайда болады. Электростатикалық линзадағы траекториялардан айырмашылығы, магниттік линзадағы траекториялар спираль тәрізді компонентті қамтиды, яғни зарядталған бөлшектер оптикалық осьтің айналасында спиральмен қозғалады. Соның салдарынан, магниттік линзамен түзілген кескін нысанға қатысты бұрылады. Бұл бұрылу электростатикалық линзада болмайды. Магниттік өрістің кеңістіктік мөлшерін темір (немесе басқа магниттік жұмсақ материалдан) жасалған магниттік схеманы пайдалану арқылы реттеуге болады. Бұл жақсы анықталған оптикалық қасиеттері бар ықшам магниттік линзаларды жобалауға және құрастыруға мүмкіндік береді. Бүгінгі күні қолданыстағы электронды микроскоптардың көп бөлігі бейнелеу қасиеттерінің жоғары деңгейі мен электростатикалық линзаларға қажетті жоғары кернеудің болмауы себепті магниттік линзаларды қолданады.
A magnetic field can also be used to focus charged particles. The Lorentz force acting on the electron is perpendicular to both the direction of motion and to the direction of the magnetic field (vxB). A homogeneous field deflects charged particles, but does not focus them. The simplest magnetic lens is a donut shaped coil through which the beam passes, preferably along the axis of the coil. To generate the magnetic field, an electric current is passed through the coil. The magnetic field is strongest in the plane of the coil and gets weaker moving away from it. In the plane of the coil, the field gets stronger as we move away from the axis. Thus, a charged particle further from the axis experiences a stronger Lorentz force than a particle closer to the axis (assuming that they have the same velocity). This gives rise to the focusing action. Unlike the paths in an electrostatic lens, the paths in a magnetic lens contain a spiraling component, i. e. the charged particles spiral around the optical axis. As a consequence, the image formed by a magnetic lens is rotated relative to the object. This rotation is absent for an electrostatic lens. The spatial extent of the magnetic field can be controlled by using an iron (or other magnetically soft material) magnetic circuit. This makes it possible to design and build more compact magnetic lenses with well defined optical properties. The vast majority of electron microscopes in use today use magnetic lenses due to their superior imaging properties and the absence of the high voltages that are required for electrostatic lenses.
Электрондық спектроскопия
Электрондық спектроскопияның соңғы дамуы молекулалардың электрондық құрылымын ашуға мүмкіндік береді. Бұл көбінесе электрондық анализаторлар арқылы жүзеге асырылғанымен, электростатикалық линзалар да электрондық спектроскопияның дамуында маңызды рөл атқарады. Электрондық спектроскопия үлгілерден шығарылған электрондардан түрлі физикалық құбылыстарды анықтағандықтан, электрондарды электрондық анализаторға жеткізу қажет. Электростатикалық линзалар линзалардың жалпы қасиеттерін толықтырады.
The recent development of electron spectroscopy makes it possible to reveal the electronic structures of molecules. Although this is mainly accomplished by electron analysers, electrostatic lenses also play a significant role in the development of electron spectroscopy. Since electron spectroscopy detects several physical phenomena from the electrons emitted from samples, it is necessary to transport the electrons to the electron analyser. Electrostatic lenses satisfy the general properties of lenses.