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磁透镜的工作原理及其在电镜中的应用

  磁透镜的工作原理及其在电镜中的应用_工学_高等教育_教育专区。磁透镜的工作原理及其在电镜中的应用

  第 卷第 年 月 期 青 岛大 学 学报 名 《〕 文 章编号 一 一 一 磁透镜 的工作原理及 其在 电镜中的应 用 马 青岛大学 摘要 关键 词 本 文 简要介 绍 了 电 子 在 磁 场 中的 运 动 磁透镜 , 、 ’ 萍 , 磁 聚 焦 和 磁透 镜原 理 及 其 应 用 。 , 介 绍 了用 磁 透 镜作方 主 要 构 件 的 电子 显 微镜 的 基 本 原 理 及 应 用 磁聚焦 , 电子 显 微 镜 文献标识码 中图 分 类号 引言 大 学 物理 中讲授 一 些 基 础 理 论往 往 和 应 用 脱 节 将 来又不 知 用 于 何 处 一节 , , , 学 生 觉 得 这 些基 础 理 论 枯燥 无 味 , 。 , 因 此 学 习 起来 非 常 被 动 , , , 引 不起 兴 趣 , 如 果把 这 些 基础 理 论 的 导 出 , 及 应 用 给 学 生 做 一 个 明确 的交 待 效 果 会 明显 的不 同 , 例 如 带 电粒 子 在 均 匀 磁 场 中的运动 有 些 教 师觉 得 课 时紧 张 对磁聚 在 程 守 沫 的 教科 书 中 , 应 用 章 节 是 小字 不 占学 时 焦 、 磁 约 束 和 回 旋 加 速 器 等 不 作 为 必 讲 内容 等 到学 生 做毕 业 论 文 或 毕 业 后 用 到 某 些 大 型 。 设备 时 试 , 、 这 些 内容 又 没 有 讲 , 觉 得很遗憾 。 本 人 在 讲 授 大 学物 理 课 程 的 过 程 中做 了一 些 尝 仅 举 带 电粒 子 在磁场 中的 运 动 一 例 供 大 家 参考 电 子在 磁 场 中运 动 电 荷 在 磁场 中运 动 时受到 磁场 的 作 用 力 , 及洛 仑 兹 力 , 其表 达 式 为 式中 , 运 动 电荷 节一 电荷 运 动 速 度 一 电荷 所 在 位 置 的 磁 感 应 强 度 力 的 大 小 可 由下 式 给 出 肠万 的方 向 由 石 一 , , 。 的叉 积 来 决 定 , 由于 电 子 带 负 电 荷 获 在 磁 场 中运 动 时所 受 的磁场 力 可 由下 式 表 示 即 二 一 , 式中 度 的大 小 , 为 电 子 电荷 , 洛 仑 兹 力 在 电 荷 运 动方 向上 的分 量 永 远 为零 只 能 改 变 它 的运 动 方 向 , 因 此 该 力 不 做功 。 , 不 能 改 变 电 荷运 动速 使之 发 生偏转 期 月 漓日 勿 减 义以只 青 岛大 学 学 报 。 第 卷 均匀 磁 场 中 由 若订 式或 二 , 万 , , 式可得到 电子 在 磁场 中 不受 磁 力 , , 运 动 速 度 大 小 方 向都 改 变 衬 欠 丫 片 甘 产 亡 匕 城 、 ‘『 扩 叱心 ‘ 狱 } ,别 。 若 补工 最大 电 子 在 磁 场 中运 动 , , 受 磁场 力作 , 讨 ‘ 丫 尹 矛 甲 性 二 } 建 况 ‘ 用 改变 运 动 方 向 于 补 , 相 应 磁场 力 大 小 为 , 二 。, 方 向反 平 行 。 由于 与 石 垂 直 电子 在 运 动 过程 中速 率 不 变 这样 , 电子 将 在 与 磁 场垂 直 的平 面 内作 匀 速 圆 周 运 动 。 所需的 的粒 你 向心 力 就 是 由磁 场 力 提 供 的如 图 于 我 们 知 道 质 量为 , 一 二 如 电于 二 二 二 … … 作 半径 为 人 的 圆 周 还 动 时沂 需 的 同 心 。 、 尸 二, ” 尺 在图 中 的… 况 卜 倩 瓜 因此 , 。 二 二 二 , 由此 得 到 轨 道 半 径 为 竺 卫 。 式中 二 为 电 子 的动 量 式 说 明 当 一 定时 与 成正 比 越大 越小 当 电子 速度 与均匀 磁场 比垂 直 而 成 一 定夹 角 时 我 们 可 以把 石 分解 为 , , , , , 二 。 和 二 二 夕 由于 电子 具 有 , 土 分量 , 磁 场 力 的 作 用 将 使 它 作匀 速 圆 周 运 动 于 , 但 旋 半径 、 , 竺生 二 口 分 量 电子 将 沿 , 方 向作 匀 速 直 线 , , 电子 运 动 是 上 述 两 种运 动 的合 成 其轨迹 是 一 螺 旋线 如 图 所 示 电子 回 绕 一 周所 需 时 间 周 运动 即 , , 。 期 为 里 竺 全 丝 二 , 其 螺距 夕 , 图 二 脚, 叨 刀 ”, 二 二 , 竺竺 由 于 电 子 的速度 上 — 叨 不同 , , 兰 夕很小盯 , 、 “ ? 夕、 在 磁场 的作 用下 , 各 个 电 子 将 沿 不 同 半 径 螺 旋 线 前进 , , 但 经过 后又重新聚焦在 同点 这 叫做 磁 聚 焦 现 象 如图 所示 。 第 期 磁 透镜 的 工 作 原 理 及 其 在 电镜 中 的 应 用 磁 透镜 以 上 我 们 讲 的 是 电 子在 均 匀 磁 场 长 的磁 螺线 管 聚 焦作 用 场 , 中 的 磁 聚 焦 现象 。 , 然而 实际上 用 的更 多 的是 非 均 匀磁 场 短 螺线 管 苏毖熟 一 汤 图 … ? 也 就 是 说 在 电子 光 学 中 用 于 使 … 。 电子 波 聚 焦 成 像 的磁场 是 一 种 非 均匀 的 磁 如图 , 在此线 圈 的作 用 与 光 学 中 的透 故 称 为 磁透 镜 。 镜 相似 场 强度 图 如图 正 是 利 用 了 电磁 透 镜 与 光 学 凸 透 镜 相 似 的光 学 性 质 。 下 面 简 要 分 析 一 下 短螺线 管 磁 场 中 电磁 透 镜 的 聚 焦 成像 原 理 , 为 了提 高相 应 区 域 的磁 可 将 短线 圈 装在 由软 磁 材 料 。 低碳钢 或 纯铁 , 制 成 的 具 有 内环 形 间 隙 的 壳 子 里 如 ’ 所示 注 意 由于短线 圈磁场中一 部 分磁 力线在 线圈外 对 电子束的聚 , 焦成像不起作 用 磁 感应 强度 。 笑戴 图 比较低 电瀚透 镜的焦距 可 由下 式来 计算 介 式中 是 常数 。 共 口 一 厂 十 是 经 相 对 论 校 正 的 电 子 加 速 电压 。 , 。 火 “ 。 头 是 电磁 透 镜激 磁 安 匝 数 电磁透 镜 的成 像 公 式 与光学 透 镜 一 样 口 一 , 表达 公 式 如 下 一 吞 一 一 式 中 一 物 到透 镜 中 心 的 距 离 物 距 一像 到透 镜 中心 的距 离 像 距 、 放 大 借 数 为 八夕 。 一透 镜 的焦 距 二 二 二 , 、 ‘ , , 一 “ , 制 作 出 了 电子 知 道 光 学 显 微 镜 由于 分 大家 辨率 受到光 波 衍射 的 限 制 只 能 提 供微 米级 的形 貌 细节 显 微 镜 的 主要 部 件 , 正 是 利 用 了 以上 的 基本 原理 成 份 和 结构 由 于 受 仪器 设 备 的 限 制 而 不 能 得到 一 , 。 而 样 品 的微 观 尺 度 区 域 的形 貌 而 电子 显 微镜在 的 加速 电压 中 分 , 、 。 , 、 放 大倍 数 几 十 万 倍 便 能 提 供 样 品 的微 观 组 织 结 构情 况 的 信息 如 果利 辨率 可 达 用 特 殊样 品对 样 品进 行动态 观 测 便 能 揭 示 材 料 在 相 变 和 形 变 过程 组 织 结构 的变化规 律 用 细 聚 焦 电 子 束在 样 品 表 面 式扫描 时激 发 产 生 的某些 物 理 信号来 调 制 成 像 扫描 电镜 能 够 , , 。 以 较 高 的 分辨 率 微 观 成 份 等信息 , 左 右 和 大 的 景 深 清 晰 的 显 示 样 品 的表 面 形 貌 并 以多 种 方 式给 出 用 来 观 察材 料 断 口 的 表 面微 观 形 态 分 析 研 究 断裂 的 原 因 和 机 理 以及 , , 青 岛大 学 学 报 第 。 卷 其 他 许 多 方 面 的应 用 结论 , 正 日益受 到 人 们 的 重 视 , 从 而 大 大 推动 了 科 学 的 发 展 。 本 文 着 重描 述 了 运 动 电 荷在 磁 场 的 作 用 下 产 生 的磁透 镜 用 这 一 原 理 制备 的 电子 显 微 , 镜 及 其应用 用途 , 。 这 样 给 学生讲课 使 同 学 们 知 道 了 基 础 理论 的推 导 过 程 , 又 明 确 了这 一 理 论 的 , 学 习 起来 容 易产 生兴趣 。 达 到 了 学 以致 用 的 目的 。 不 知 这 样讲 课 是 否 合 适 请 同行 们 批评指 正 参 考文 献 【 赵 凯华 【 【 【 王世 中 , 陈熙谋 电磁 学 〔 北京 高 等教 育 出 版 社 程 守沫 等 , 普 通 物 理 学 「 〕 北 京 高 等教育 出 版 社 北 京 北 京 航 空 学 院 出版 社 减 鑫 士 电磁 显 微 技 术 「 王 永瑞 陈世 朴 , 金 属 电 子 纤 维 分析 仁 北京 机械 工 业 出 版 社 , ’ 丁 五 廿 以 、 铭 盯 二

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