Магнитные линзы

Известно, что однородное продольное магнитное поле при движении в нем параксиального пучка электронов способно создать электронное изображение некоторого объекта. Такое поле называют длинной магнитной линзой.

При практическом расчете линзы важно знать, каковы должны быть радиус и каково число ампер-витков (N I) такой катушки, чтобы получить линзу с заданным фокусным расстоянием (F). Если в катушке N витков и по ним протекает ток I, то, считая R равным ее среднему радиусу, можно оценить оптическую силу катушки выражением:

,

откуда получим выражение, связывающее ампер-витки катушки, создающей магнитную линзу, с ее фокусным расстоянием, радиусом и скоростью электронов в пределах линзы:

N I = 10 ,

где U выражено в вольтах, а I – в амперах.

Увеличения оптической силы линзы можно добиться, увеличивая ампер-витки. При этом фокусное расстояние будет уменьшаться, а фокус будет приближаться к катушке. Может оказаться, что при определенной величине ампер-витков (IN) линза станет настолько сильной, что фокус ее окажется уже в поле линзы. Оставшаяся часть поля, в которой электрон движется после пересечения оси, вновь будет стремиться отклонить его к оси, в результате этого электрон пересекает ось уже за пределами поля линзы. При этом линза дает два изображения.

Для получения короткофокусной магнитной линзы желательно, увеличивая оптическую силу поля, образующего ее, уменьшать протяженность этого поля вдоль оси симметрии так, чтобы уже первое изображение, создаваемое линзой, лежало вне области этого поля. Такого сокращения продольного размера линзы можно добиться, если поместить катушку, создающую это поле, в железный панцирь с узкой кольцевой щелью.

Такая катушка схематически показана на рис. 4.9. Магнитное поле концентрируется в области щели, и продольный размер линзы резко сокращается, при этом напряженность магнитного поля возрастает. В этом случае выражение для ампер-витков катушки, создающей линзу, может быть записано в виде:

N I = 10 ×K ,

где K – коэффициент, меньший единицы, характеризующий получающийся при введении железных магнитопроводов выигрыш в ампер-витках. Величина этого коэффициента лежит в пределах 0,5¸0,7.

Магнитные линзы обладают рядом преимуществ. Для их создания не требуются высокие напряжения, их оптическую силу можно легко и в широких пределах регулировать изменением тока, протекающего по виткам катушки.