Рис. 4.13. Фокусирующая система с магнитопрово-дом:

1 - обмотка; 2 - каркас; 3 - магнитопровод (А - ширина каркаса; А - внутренний, Ih - наружный р51аметры намотки)

фокусное расстояние линзы зависит от заряда и массы частиц. Из этого следует, что электроны и ионы будут фокусироваться неодинаково. Отрицательные ионы, как более тяжелые частицы, практически фокусироваться не будут;

линза осуществляет поворот изображения, угол которого зависит от индукции магнитного поля, заряда, массы частиц и скорости электронов;

оптическая сила линзы всегда положительна (линза всегда собирающая) и не зависит от направления магнитного поля. Выражение (4.22) справедливо и для мшнитных линз. Так же как и для электростатических линз, зная положение средней плоскости линзы и фокусное расстояние, можно построить электронное изображение объекта, пользуясь методами световой оптики.

Магнитодвижущую силу фокусирующей катушки можно определить приближенным выражением:

где R - радиус среднего витка катушки, см; {/ - в вольтах; / - в сантиметрах.

Обычно фокусирующие катушки помещают в магнитопровод из ферромагнитного материала, имеющий узкую кольцевую щель (рис. 4.13). Применение магнитопровода позволяет уменьшить рассеивание и резко повысить напряженность поля на небольшом участке в районе щели и соответственно упвеличить оптическую силу линзы. При зтом существенно уменьшается мощность, потребляемая фокусирующей системой, и ослабляется воздействие внешних магнитных полей.

Магнитодвижущая сила катушки с магнитопроводом вычисляется по формуле

(4.27)

Fm ткуДЩ,

где R - внутренний радиус магнитопровода; Лфк - коэффициент формы катушки, равный 0,6-0,75.

Плоскость ли ИЗО!

- Быстрые электроны

- Медленные электроны

Объент Бочиообразнаи Лодуш-коодразная Рис. 4.14. Виды аберраций в электронных линзах:

а - хроматическая; б - сферическая; в - образование комы; г - астигматизм поля; д - дисторсия

В отличие от электростатических линз мшнитные имеют большие габаритные размеры и массу, а также требуют затраты энергии, т. е. они менее экономичны.

Фокусирующее поле может быть создано также постоянными магнитами. При этом энергия на фокусировку не затрачивается, но регулирование оптических параметров механическим путем представляет определенные неудобства. По этой причине постоянные магниты, образующие магнитостатические линзы, получили ограниченное применение.

Аберрации электронных линз. Электронным линзам, как и свето-оптическим линзам, всегда свойственны аберрации (искажения), возникающие из-за непараксиальности и немонохроматичности электронных пучков, нарушений симметрии линзы и другах причин. Известны следующие аберрации электронных линз: хроматическая, сферическая, аберрации косых пучков (астигматизм, кома, дисторсия).

Хроматическая аберрация обусловлена разбросом начальных скоростей электронов. Электроны, исходящие из одной точки с различными скоростями, фокусируются в различных точках оси пучка (рис. 4.14, а). Известно, что фокусное расстояние любой электронной линзы зависит от скорости электронов. Оно возрастает с увеличением скорости электронов, поэтому быстрые электроны фокуси-

руются дальше от линзы, чем медленные. В результате на экране вместо точечного изображения получится кружок рассеяния.

Сферическая аберрация проявляется в том, что электроны собираются тем ближе к линзе, чем дальше от оптической оси лежат их траектории. В результате изображение точки на экране будет вьп-ля-деть в виде размытого диска определенного диаметра (рис. 4.14, б). Эта аберрация определяется размерами объекта и имеет место для непараксиальных траекторий. Рассмотренные виды искажений изображения в электронных линзах являются наиболее часто встречающимися в электронно-лучевых приборах.

Аберрациям вида кома и астигматизм присущи только точки объекта, лежащие не на оси.

Происхождение комы объясняется асимметрией электронного пучка, выходящего из точки предмета, не лежащей на оси (рис. 4.14, в). Фигура рассеяния имеет кометообразную форму.

Астигматизм обусловлен тем, что лучи, выходящие из точки предмета и идущие в разных плоскостях, фокусируются в различных местах. Точки на плоскости изображения выглядя в виде эллипсов (рис. 4.14, г).

Дисторсия проявляется в искажениях масштаба и геометрии изображения (рис. 4.14, д).

В магнитных линзах добавляются аберрации, обусловленные вращением электронов в магнитном поле. Несмотря на это, магнитные линзы создают изображения с относительно меньшими аберрация:ми.

Объясняется это тем, что фокусирующие катушки надеваются на горловину трубки и, следовательно, размеры магнитных линз по сравнению с электростатическими возрастают.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем проявляется аналогия между электронной и световой оптикой?

2. Назовите основные различия между световой и электронной оптикой.

3. В чем отличие магнитного и электрического действий поля на помещенный в эти поля электрон?

4. Почему в иммерсионной и одиночной линзах собирающее действие поля сильнее рассеивающего?

5. В чем различие между длинной и короткой магнитными линзами?

6. За счет какой компоненты скорости электрона происходит фокусировка в тонкой магнитной линзе?

7. Сравните между собой системы магнитной и электростатической фокусировки. Назовите достоинства и недостатки каждой системы.

8. Назовите основные виды аберраций электронных линз и пркчи ны их возникновения.