磁透鏡

磁透鏡所屬現代詞,指的是利用載流螺線管中激發的磁場來實現的。

名詞解釋

磁聚焦現象一般都是利用載流螺線管中激發的磁場來實現的。在實際套用中,大多用載流的短線圈所激發的非均勻磁場來實現磁聚焦作用。由於這種線圈的作用與光學中的透鏡作用相似,故稱磁透鏡。在顯像管、電子顯微鏡和真空器件中,常用磁透鏡來聚焦電子束。

磁聚焦的原理

如果一個帶電粒子進入勻強磁場時,其速度v的方向與磁感強度B的方向成任意角度θ,則可將v分解成平行於B和垂直於B的兩個分量V∥和V⊥。因磁場的作用,垂直於B的速度分量V⊥雖不改變大小,卻不斷改變方向。在垂直於B的平面內作勻速圓周運動。平行於B的速度分量V∥不變,其運動是沿B方向的勻速直線運動。這兩種運動的合成,為螺旋線運動。此帶電粒子作螺旋運動時,螺旋線的半徑(即電子在磁場中作圓運動的迴旋半徑)為
r=mV⊥/qB=mVsinθ/(qB) (9-14a)
粒子每轉一周前進的距離稱為螺距,用符號表示,則
h=V∥T=2πmVcosθ/(qB) (9-14b)
上式中的T是粒子轉過一周所需的時間,稱為迴轉周期
在勻強磁場中某點A處有一束帶電粒子,當帶電粒子的速度v與B的夾角很小、各粒子速率v大致相同時,這些粒子具有相同的螺距。經一個迴轉周期後,他們各自經過不同的螺距軌道重新會聚到A'點。發散粒子依靠磁場作用會聚於一點的現象稱為磁聚焦。它與光束經光學透鏡聚焦相類似。實際套用中,更多利用它產生的非勻強磁場聚焦。短線圈的作用類似光學中的透鏡,稱為磁透鏡。也可用於電子顯微鏡中。

磁透鏡與光學透鏡的比較

光學透鏡成像時,物距L1、象距L2、焦距f三者之間滿足右圖關係式:

圖1圖1
由於光學透鏡的焦距f是不能改變的,要滿足成像條件,必須同時改變L1和L2。
與光學透鏡相似,電磁透鏡成像時也必須滿足式。但磁透鏡的焦距可以通過改變線圈中通過電流的大小來調節。採用磁透鏡成像時,可以在固定L1的情況下,改變f和L2來滿足成像條件;也可以保持L2不變,改變f和L1來滿足成像條件

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