Elektrostatisk avböjning
Elektrostatisk avböjning hänvisar till ett sätt att modifiera banan för en stråle av laddade partiklar genom att använda ett elektriskt fält som appliceras tvärs partiklarnas väg. Tekniken kallas elektrostatisk eftersom styrkan och riktningen av det applicerade fältet förändras långsamt i förhållande till den tid det tar för partiklarna att passera fältet, och kan därför anses inte förändras (vara statisk) för någon enskild partikel.
Förklaring
Lorentzkraften verkar på vilken laddad partikel som helst i en elektrostatisk avböjning . Elektrostatisk avböjning använder ett speciellt, förenklat fall av denna allmänna effekt genom att begränsa fältet till ett elektriskt fält . Ett elektriskt fält applicerar en kraft på en partikel som är proportionell mot fältets styrka och laddningen på partikeln. Riktningen för den applicerade kraften är densamma som riktningen för det elektriska fältet. För elektrostatisk avböjning är det pålagda elektriska fältet anordnat så att det ligger i planet vinkelrätt mot strömmens initiala riktning. Partiklarna accelereras av denna kraft i proportion till partiklarnas laddning. Den väg partiklarna följer beror på deras sidoacceleration och deras hastighet när de går in i avböjningsfältet. Därför är det viktigt för god kontroll av riktningen att partiklarna i strömmen har ett enhetligt förhållande mellan laddning och massa och att de rör sig med en jämn hastighet.
Används
Den vanligaste användningen av denna teknik är att kontrollera vägen för en ström av elektroner i ett vakuum. En tillämpning är i små katodstrålerör för oscilloskop . I dessa rör skapas det elektriska fältet av två uppsättningar parade elektroder, monterade i rät vinkel, som elektronströmmen flyter mellan. Detta arrangemang tillåter oberoende avböjning av strålen i två dimensioner (vanligtvis uppfattas som upp/ner (vertikalt) och höger/vänster (horisontellt)). Elektroderna kallas vanligtvis avböjningsplattor . Traditionellt passerar elektronerna först genom de vertikala avböjningsplattorna, vilket ger något högre känslighet på grund av den längre färdtiden från de vertikala avböjningsplattorna till fosforskärmen jämfört med de horisontella avböjningsplattorna. I oscilloskop med mycket hög hastighet var avböjningsplattorna ofta komplexa strukturer, som kombinerade en serie underplattor med en elektrisk fördröjningslinje . Genom att matcha utbredningshastigheten för den elektriska signalen med elektronernas transithastighet, uppnåddes maximal bandbredd (frekvenssvar).
Tekniken fungerar bra närhelst en tillräckligt enhetlig ström kan skapas, som diskuterats ovan. Därför har den också använts för att kontrollera makroskopiska partikelströmmar, till exempel vid fluorescensaktiverad cellsortering . En annan applikation fanns i en typ av bläckstråleskrivare .
Elektrostatisk avböjning är mycket användbart för små avböjningsvinklar men är välkänt för att vara sämre än magnetisk avböjning för att avleda en laddad partikelstråle till stora vinklar - säg över 10 grader. Anledningen är att avböjningsaberrationerna blir stora när avböjningsvinkeln ökar. Detta minskar förmågan att finfokusera strålen. Även vid elektrostatisk avböjning har det länge varit praxis att injicera strålen mitt emellan de laddade avböjningsplattorna för att undvika fransfälten så mycket som möjligt. Det visade sig emellertid med beräkningsmetoder att avböjningsaberrationer skulle reduceras avsevärt om strålen injicerades förskjutet mot den attraherande plattan. På så sätt tenderar strålen att följa ekvipotentialer och avböjningskraften är vinkelrät mot strålriktningen. Alltså offset, alla elektroner i strålen avböjs till samma vinkel. Det finns en inducerad astigmatism som kan korrigeras. Denna avböjningsidé har testats och verifierats. Avböjningsvinklar på 50 grader är enligt uppgift möjliga utan mätbar avböjningsaberration. Optimal insprutningsförskjutning är ungefär 1/3 av plattans gap mot avböjningsplattan. Den användbara balkdiametern är också ungefär 1/3 av gapet.