Стартовая Предметный указатель Новости науки и техники
Новости науки и техники
Предсказание землетрясений
С помощью сейсмографов регистрируются не только земные колебания при землетрясениях и извержениях вулканов, но и при атомных взрывах. Чтобы искусственно создать сейсмографические волны для возможного нахождения нефти в залежах пород, на определенных глубинах производятся взрывы. Далее...

электронная и ионная оптика

ЭЛЕКТРОННАЯ И ИОННАЯ ОПТИКА -раздел физики, в к-ром изучают законы распространения пучков за-ряж. частиц - электронов и ионов - в макроскопич. магн. и электрич. полях и вопросы их фокусировки, отклонения и формирования изображений. Развитие электронной оптики (ЭО) началось с изучения катодных лучей, при помощи к-рых было получено теневое изображение объекта, свидетельствовавшее, что характер их распространения подобен распространению световых лучей в геометрической оптике. Смещение изображения под действием магн. поля показало, что катодные лучи представляют собой поток заряж. частиц [У. Крукс (W. Crookes), 1879]. Опыты по отклонению заряж. частиц совмещёнными электрич. и магн. полями привели к открытию электрона [Дж. Дж. Томсон (J. J. Thomson), 1897]. Одним из первых электронно-лучевых приборов стала осциллографич. электроннолучевая трубка (ЭЛТ) [К. Ф. Браун (К. F. Braun), 1897]. В ходе совершенствования ЭЛТ была осуществлена фокусировка электронного пучка магн. полем катушки с током [И. Е. Вихерт (I. E. Vichert), 1899]. Теоретич. и эксперим. исследования движения электронов в осесимметричном магн. поле катушки с током показали, что она пригодна для формирования электронно-оптич. изображений и, следовательно, является электронной линзой [X. Буш (Н. Busch), 1926]. Создание панцирных линз, магнито-проводы к-рых концентрируют поле катушки, а также электростатич. линз и др. устройств открыло путь к созданию электронных микроскопов, электронно-оптических преобразователей, технологич. электронно-лучевых установок и др. 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. частиц. Ионная оптика (ИО) стала развиваться в связи с разработкой масс-спектрометров ,фокусирующих систем для ускорителей заряженных частиц, технологич. установок ионного травления и эпитаксии, ионных микроскопов и др. устройств.

По аналогии со световой оптикой Э. и и. о. делится на геометрическую и волновую. В геометрической Э. и и. о. предполагают, что длина волны электронов и ионов мала и не влияет на их траектории. В волновой оптике изучают вопросы, учитывающие дифракцию электронов и ионов, такие как разрешающая способность электронных микроскопов, формирование электронных и ионных зондов предельно малых размеров и т. п. В рамках геом. Э. и и. о. пучок состоит из семейства траекторий заряж. частиц, в световой геом. оптике рассматривают пучок световых лучей. Однако между световой оптикой и Э. и и. о. существует более глубокая аналогия, на к-рую впервые указал У. Гамильтон (W. R. Hamilton, 1827).

Законы геом. световой оптики являются следствием фундаментального Ферма принципа (P. Fermat, 1660), согласно к-рому световые лучи распространяются между двумя точками a1 и а2 по такому пути s, на прохождение к-рого затрачивается наименьшее время t. Более строго принцип Ферма формулируется как вариационная проблема

5111-24.jpg

означающая, что длина оптич. пути, по к-рому распространяется свет, экстремальна.

Наименьшего действия принцип Мопертюи (Maupertuis, 1740) в механике, описывающий движение материальных тел в силовых полях, столь же универсален в ЭО и ИО, как принцип Ферма в световой. Он формулируется следующим образом:

5111-25.jpg

где a1 и а2 - начальная и конечная точки искомой траектории заряж. частицы, а р - обобщённый импульс, приобретённый ею в электрич. и магн. полях. Для определённости речь далее пойдет об электронах, хотя все приведённые ниже соотношения справедливы и для ионных пучков при замене заряда и массы электрона на соответствующие параметры ионов. Обобщённый импульс электронов

5111-26.jpg

где u, e и те - скорость, заряд и масса движущихся электронов соответственно, А - векторный потенциал магн. поля, s0 -