|
|
|
|
|
|
||
Магнитное поле для получения электронно-оптического изображения должно обладать круговой симметрией, а сила поля должна увеличиваться вместе с расстоянием от оси.
Однородное магнитное поле, характеризуемое напряженностью H , воздействует с силой F m на заряд электрона, если он движется со скоростью v и пересекает силовые линии магнитного поля Fm=e ·Bv·sina, где B= m H - магнитная индукция; m - магнитная проницаемость; a - угол, образованный H и скоростью электрона, причем компонента Fm перпендикулярна скорости v и H.
Если v = 0 или a = 0, магнитное поле не оказывает действия на электрон. Сила вызывается лишь нормальной к полю составляющей скорости. Так, если электрон вступает в однородное магнитное поле перпендикулярно направлению магнитного поля, то траектория электрона имеет форму окружности, ибо в силу постоянства B и v сила Fm также постоянна. Следовательно, и кривизна траектории во всех точках одна и та же. При движении по окружности на электрон действует центростремительная сила 
. Тогда радиус этой окружности определяется формулой: 
. Так как 
, то 
.
Период обращения электрона по окружности найдем, применяя выражение:
то есть период определяется только величиной индукции, но не зависит от начальной скорости электрона. Это важный результат, на нем и основано фокусирующее действие магнитных устройств. Если начальное направление движения электронов образует с направлением магнитного поля угол a , то электрон будет двигаться еще и вдоль линий магнитного поля с радиусом вращения 
. Траектория электрона в этом случае представляет винтовую линию, как бы расположенную на окружности цилиндра, ось которого параллельна линиям магнитной индукции (рис.11).
Шаг винтовой линии S:
Если из точки О (рис.12) вылетает поток электронов, траектории которых имеют различные углы наклона к оси симметрии OX , то магнитное поле будет сжимать их траектории в направлении к оси OX. Внешние электроны отклоняются сильнее внутренних. Если пренебречь начальными скоростями электронов, что допустимо при больших напряженностях электрического поля, то все электроны соберутся на оси ОХ в точке F1. Иными словами, в точке F1 размещено электронное изображение точки О. При дальнейшем движении электронов их траектории будут периодически пересекаться с осью ОХ на расстоянии Z1, 4Z1 , 9Z1 от эмиттера и т.д., если напряженность электрического поля везде одинакова. Траектории движения электронов из любой другой точки эмиттера будут аналогичными траекториям движения электронов, испускаемых точкой О. Точки F1, F2 называют главными фокусами магнитной фокусирующей системы. Изображения, формируемые в плоскостях, сопряженных с главными фокусами, получаются прямыми, свободными от астигматизма и дисторсии.
Анализ условий движения электронов в магнитном поле показывает, что вследствие различия в углах вылета даже при равных скоростях электронов в фокальной плоскости вместо изображения точки возникает кружок рассеяния. Его размер: 
, где L - расстояние между фотокатодом и экраном; Umax - наибольшая энергия электронов; Ua - анодное напряжение.
Если L =100мм, U max=0,5В и Ua = 2 · 104 В, то r = 5 · 10-3 мм.
Простейшая магнитная линза может быть получена с помощью нескольких постоянных магнитов, имеющих форму кольца. Недостаток линз подобного типа - с их помощью нельзя получить магнитное поле высокого напряжения, зато они позволяют достигнуть поля высокого постоянства.
Электромагнитные линзы, напротив, позволяют получить поля большой силы, но обеспечить стабильность электрического тока, питающего катушку, очень сложно. Круглая катушка (соленоид), через которую течет ток, создает магнитное поле с круговой симметрией. Различают длинные (см. рис.11) и короткие линзы. Электроны в магнитном поле катушки описывают винтовые траектории, и проекции этих траекторий на плоскость, перпендикулярную магнитному полю, являются окружностью, если электроны имеют радиальную составляющую скорости. Если электроны движутся параллельно оси, они не подвергаются действию поля. Вследствие однородности поля магнитной катушки траектории электрона полностью проходят внутри катушки, поэтому можно получить изображения только в масштабе 1:1.
Увеличение или уменьшение изображения достигается лишь в коротких линзах, в которых электронный луч подвергается воздействию магнитного поля на коротком отрезке своего пути. Длина катушки меньше ее диаметра (рис.13). Круглое кольцо, состоящее из нескольких витков провода, действует как короткая магнитная линза.
Электроны, вылетающие из точки О со скоростью v под углом a к оси магнитной линзы, сначала, находясь вне поля, движутся прямолинейно. Затем, по мере захода в область действия линзы, электроны начинают подвергаться воздействию силы F, направленной перпендикулярно H и v. В результате такого воздействия электрон приобретает вращательную составляющую скорости v в. Взаимодействие магнитного поля H пр с составляющей v в приводит к появлению силы, направленной к оси и создающей фокусировку.
Вследствие винтообразной формы траектории создается поворот изображения. Для его компенсации применяют вторую катушку с обратным знаком поля.
Магнитное поле можно использовать не только для фокусировки, но и для отклонения электронного пучка (рис.14). Угол am, на который отклоняется трек электрона в отклоняющей катушке, формирующей поперечное магнитное поле, определяется выражением:
где l- длина магнитной катушки.
