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Elektronenoptik Die befasst sich mit der Fokussierung und Abbildung von Elektronenströmen im Vakuum mittels elektrischer

Elektronenoptik

Die Elektronenoptik befasst sich mit der Fokussierung und Abbildung von Elektronenströmen im Vakuum mittels elektrischer oder magnetischer Felder.

Sind die bewegten geladenen Teilchen Ionen, so spricht man von Ionenoptik, z. B. beim Feldionenmikroskop, mit dem Erwin Wilhelm Müller 1950 erstmals einzelne Atome „sehen“ konnte.

Grundlagen Bearbeiten

Magnetische Linse
Eine Einzellinse ist eine spezielle elektrostatische Linse. Gezeigt ist der Flugpfad von positiv geladenen Ionen. Sechs Platten sind parallel zum Flugpfad ausgerichtet und die mittlere Platte liegt auf einem speziellen Potential.

Elektrische und magnetische Felder wirken auf geladene Teilchen im Vakuum ähnlich wie optische Medien auf den Lichtstrahl. Dies wurde 1926 erstmals von Hans Busch beschrieben und berechnet, der als Begründer der Elektronenoptik gilt.

Die Kraftwirkung elektrischer Felder ist parallel zu deren Feldlinien, während die Lorentzkraft in einem Magnetfeld senkrecht sowohl auf dem Geschwindigkeitsvektor der Ladungsträger als auch auf der magnetischen Flussdichte steht.

Zylindersymmetrische inhomogene Felder, seien sie nun elektrisch oder magnetisch, wirken wie Linsen. Orthogonale Felder wirken wie Prismen (Ablenkmagnet, Ablenkplatten). Netze und dahinter liegende negativ geladene Platten wirken reflektierend.

Viele Prinzipien der Lichtoptik lassen sich auf die Elektronenoptik übertragen, so lässt sich der Brechungsindex aus dem Fermatschen Prinzip herleiten. Auch einige optische Abbildungsfehler sind auf die Elektronenoptik übertragbar. Die Abbildungsgesetze rotationssymmetrischer Felder gelten für den paraxialen Strahlengang, also für Elektronen die dicht an der Symmetrieachse bleiben.

Anwendungen Bearbeiten

Elektronenoptische Systeme findet man vor allem zur Fokussierung von Elektronenstrahlen.

Ein typisches Beispiel sind Bildröhren (Braunsche Röhren bzw. Kathodenstrahlröhren) in Bildaufnahmeröhren (Fernsehaufnahmeröhren), Oszilloskopen und Röhrenfernsehern.

Elektronenoptik dient zur Projektion eines aus Elektronen bestehenden Bildes (Elektronen-Abbildung) in Bildwandlerröhren, Transmissionselektronenmikroskopen (TEM) und Rasterelektronenmikroskopen (REM). In Letzterem wird der extrem genau fokussierte Elektronenstrahl abgelenkt und tastet rasterartig die Probe ab, welche ihrerseits ortsabhängig Sekundärelektronen abgibt.

In Teilchenbeschleunigern werden geladene Teilchen magnetisch abgelenkt und mit elektrischen Feldern beschleunigt.

Erste Bildröhren in den 1950er Jahren hatten eine magnetische Fokussierung des Elektronenstrahls auf den Bildschirm. Sie bestand aus einer mechanisch verstellbaren Kombination aus zwei gegensinnig hintereinander angeordneten Ringmagneten auf dem Bildröhrenhals. Ein Beispiel war z. B. die Fernsehbildröhre Typ „B43M1“. Das Feld der Ringmagnete wirkt als magnetische Linse auf den Elektronenstrahl.

Magnetische Fokussierung wird auch heute bei Systemen mit hohen Strahlleistungen angewendet. Die Fokussierung ließ sich später, wie das bereits bei den Oszillografenröhren der Fall war, statt der Ringmagnete auch in Bildröhren mit elektrischen, durch präzise Zylinder und Lochblenden erzeugten Feldern erreichen. Die Punktschärfe (Fokussierung) bei Bildröhren wird durch eine oder zwei Spannungen (Fokussierspannung) eingestellt. Bei dieser sogenannten elektrostatischen Fokussierung wird der Leuchtpunkt des Elektronenstrahls durch Einstellen der Felder bei den Fokussierelektroden durch eine sogenannte elektrostatische Linse gebündelt. Die erforderlichen Spannungen werden wie auch die Anodenspannung im Zeilentransformator erzeugt und können mit einem Potentiometer im Inneren des Fernsehers eingestellt werden.

Abstimmanzeigeröhren (Magische Augen) enthielten bereits vor der Entwicklung von Bildröhren Ablenkstäbchen als Elektroden zur Veränderung der die Anzeige bildenden Strahlform.

Auflösungsgrenze Bearbeiten

Die Auflösungsgrenze von elektromagnetischen Optiken lässt sich in Analogie zur Auflösungsgrenze in der Optik berechnen, indem man die De-Broglie-Wellenlänge einsetzt.

Siehe auch Bearbeiten

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Frank Hinterberger, Physik der Teilchenbeschleuniger und Ionenoptik, S. 211–238, Springer, 2008, ISBN 978-3540752813.
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Veröffentlichungsdatum:
Die Elektronenoptik befasst sich mit der Fokussierung und Abbildung von Elektronenstromen im Vakuum mittels elektrischer oder magnetischer Felder 1 Sind die bewegten geladenen Teilchen Ionen so spricht man von Ionenoptik z B beim Feldionenmikroskop mit dem Erwin Wilhelm Muller 1950 erstmals einzelne Atome sehen konnte Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen 2 Anwendungen 3 Auflosungsgrenze 4 Siehe auch 5 Weblinks 6 EinzelnachweiseGrundlagen Bearbeiten nbsp Magnetische Linse nbsp Eine Einzellinse ist eine spezielle elektrostatische Linse Gezeigt ist der Flugpfad von positiv geladenen Ionen Sechs Platten sind parallel zum Flugpfad ausgerichtet und die mittlere Platte liegt auf einem speziellen Potential Elektrische und magnetische Felder wirken auf geladene Teilchen im Vakuum ahnlich wie optische Medien auf den Lichtstrahl Dies wurde 1926 erstmals von Hans Busch beschrieben und berechnet der als Begrunder der Elektronenoptik gilt Die Kraftwirkung elektrischer Felder ist parallel zu deren Feldlinien wahrend die Lorentzkraft in einem Magnetfeld senkrecht sowohl auf dem Geschwindigkeitsvektor der Ladungstrager als auch auf der magnetischen Flussdichte steht Zylindersymmetrische inhomogene Felder seien sie nun elektrisch oder magnetisch wirken wie Linsen Orthogonale Felder wirken wie Prismen Ablenkmagnet Ablenkplatten Netze und dahinter liegende negativ geladene Platten wirken reflektierend Viele Prinzipien der Lichtoptik lassen sich auf die Elektronenoptik ubertragen so lasst sich der Brechungsindex aus dem Fermatschen Prinzip herleiten Auch einige optische Abbildungsfehler sind auf die Elektronenoptik ubertragbar Die Abbildungsgesetze rotationssymmetrischer Felder gelten fur den paraxialen Strahlengang also fur Elektronen die dicht an der Symmetrieachse bleiben Anwendungen BearbeitenElektronenoptische Systeme findet man vor allem zur Fokussierung von Elektronenstrahlen Ein typisches Beispiel sind Bildrohren Braunsche Rohren bzw Kathodenstrahlrohren in Bildaufnahmerohren Fernsehaufnahmerohren Oszilloskopen und Rohrenfernsehern Elektronenoptik dient zur Projektion eines aus Elektronen bestehenden Bildes Elektronen Abbildung in Bildwandlerrohren Transmissionselektronenmikroskopen TEM und Rasterelektronenmikroskopen REM In Letzterem wird der extrem genau fokussierte Elektronenstrahl abgelenkt und tastet rasterartig die Probe ab welche ihrerseits ortsabhangig Sekundarelektronen abgibt In Teilchenbeschleunigern werden geladene Teilchen magnetisch abgelenkt und mit elektrischen Feldern beschleunigt Erste Bildrohren in den 1950er Jahren hatten eine magnetische Fokussierung des Elektronenstrahls auf den Bildschirm Sie bestand aus einer mechanisch verstellbaren Kombination aus zwei gegensinnig hintereinander angeordneten Ringmagneten auf dem Bildrohrenhals Ein Beispiel war z B die Fernsehbildrohre Typ B43M1 Das Feld der Ringmagnete wirkt als magnetische Linse auf den Elektronenstrahl Magnetische Fokussierung wird auch heute bei Systemen mit hohen Strahlleistungen angewendet Die Fokussierung liess sich spater wie das bereits bei den Oszillografenrohren der Fall war statt der Ringmagnete auch in Bildrohren mit elektrischen durch prazise Zylinder und Lochblenden erzeugten Feldern erreichen Die Punktscharfe Fokussierung bei Bildrohren wird durch eine oder zwei Spannungen Fokussierspannung eingestellt Bei dieser sogenannten elektrostatischen Fokussierung wird der Leuchtpunkt des Elektronenstrahls durch Einstellen der Felder bei den Fokussierelektroden durch eine sogenannte elektrostatische Linse gebundelt Die erforderlichen Spannungen werden wie auch die Anodenspannung im Zeilentransformator erzeugt und konnen mit einem Potentiometer im Inneren des Fernsehers eingestellt werden Abstimmanzeigerohren Magische Augen enthielten bereits vor der Entwicklung von Bildrohren Ablenkstabchen als Elektroden zur Veranderung der die Anzeige bildenden Strahlform Auflosungsgrenze BearbeitenDie Auflosungsgrenze von elektromagnetischen Optiken lasst sich in Analogie zur Auflosungsgrenze in der Optik berechnen indem man die De Broglie Wellenlange einsetzt Siehe auch BearbeitenFeldemissionsmikroskopWeblinks BearbeitenBeitrage zur Elektronenoptik H Busch und E Bruche Verlag von Johann Ambrosius Barth Leipzig 1937 PDF 377 kB Einzelnachweise Bearbeiten Frank Hinterberger Physik der Teilchenbeschleuniger und Ionenoptik S 211 238 Springer 2008 ISBN 978 3540752813 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Elektronenoptik amp oldid 227162115