Kvadrupólová čočka

Kvadrupólová čočka je zařízení pro zaostřování svazků nabitých částic pomocí magnetického nebo méně často elektrického pole ve formě kvadrupólové konfigurace.

Pole kvadrupólové čočky

Předpokládejme, že potřebujeme zaostřit paprsek částic podél jedné ze souřadnic, to znamená, že na částici s vychýlením by měla působit síla směřující k ose svazku úměrná jeho vychýlení: Pokud je čočka nekonečně dlouhá, tzn. , problém je redukován na dvourozměrný speciální případ, pak neexistuje žádná podélná složka pole. Pak souvislost mezi složkami pole vyplývá z Maxwellových rovnic ve vakuu: Skalární potenciál má v tomto případě tvar: $X$ $\Delta x'=P\cdot x={\frac {\int H_{y}(x,s)ds}{pc)).$ $H_{y}(x)=G\cdot x.$ $rot{\vec {H}}=0\to {\frac {\partial H_{x}}{\partial y}}-{\frac {\partial H_{y}}{\partial x}} =0.$

\Psi (x,y)=G\cdot xy,

a zaměření toku částic podél jedné ze souřadnic vede k ekvivalentnímu rozostření podél druhé souřadnice.

Klasická čtyřpólová čočka

Rozložení pole ve vakuu je zcela určeno okrajovými podmínkami . Uvažujme ekvipotenciál kvadrupólového pole: . Toto je hyperbola. Pokud jsou tedy póly magnetů vyrobeny ve formě hyperboly z měkkého magnetického materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou , vytvoří ekvipotenciální plochu, která nastaví správné okrajové podmínky. Pro ideální kvadrupólové pole se musí větve hyperboly rozprostírat podél os kolmých k pohybu částice do nekonečna. Ve skutečnosti se odlamují, protože jsou tam proudové vinutí, dochází k zkreslení ideálního pole, což snižuje kvalitu ostření. Ale když je pozorována 4osá symetrie, jsou povoleny pouze vícepólové korekce vyššího řádu . Mírnou změnou hyperbolického profilu průřezu pólových nástavců je možné potlačit vícepólové korekce. $G\cdot xy=const$ $\mu \gg 1$ $H_{y}(x)=G\cdot x+h_{5}\cdot x^{5}+h_{9}\cdot x^{9}+\dots$

Panofského čočka

Čtyřpólová čočka, ve které není rozložení proudu tvořeno železným pólem, ale rozložením proudu. Nejprve navrhl V.K.Kh. Panofsky v roce 1959 [1] . Pokud jsou podél stěn v pravoúhlém „okně“ železného třmenu umístěny nekonečně tenké proudové desky s rovnoměrným rozložením proudu, pak lze ukázat, že závislost pole uvnitř okna bude v příčné souřadnici lineární.

Supravodivá čočka

Supravodiče se zpravidla používají pro magnetické prvky s velkým polem, ve kterých je železo "teplých" magnetů nasyceno a přestává určovat konfiguraci magnetického pole. Proto u supravodivých čoček je konfigurace pole také určena rozložením proudu. Nejčastěji se používají tzv. "kosinová vinutí": podélné závity vinutí jsou umístěny na povrchu válce, takže lineární hustota proudu v průřezu je úměrná . V tomto případě bude pole uvnitř válce čtyřpólové. $cos(\theta )$

Poznámky

↑ Magnetický kvadrupól s obdélníkovou aperturou (odkaz není k dispozici) , LN Hand a WKH Panofsky, Rev. sci. Nástroj. 30, 927 (1959).

Viz také

čtyřpól
Dipólový magnet
šestipólová čočka

Odkazy

Elektronické čočky – článek z Velké sovětské encyklopedie .
kvadrupólové zaměření.
Magnetická pole a design magnetů archivováno 28. září 2020 na Wayback Machine // Jeff Holmes, Stuart Henderson, Yan Zhang, USPAS , leden 2009.