इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस

इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस एक ऐसा उपकरण है जो आवेशित कणों के परिवहन में सहायता करता है। उदाहरण के लिए, यह एक नमूने से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन ों को एक इलेक्ट्रॉन विश्लेषक तक निर्देशित कर सकता है, जिस तरह से एक लेंस (ऑप्टिक्स) एक ऑप्टिकल उपकरण में प्रकाश के परिवहन में सहायता करता है। इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस के सिस्टम को ऑप्टिकल लेंस की तरह ही डिजाइन किया जा सकता है, इसलिए इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस आसानी से इलेक्ट्रॉन प्रक्षेपवक्र को बड़ा या अभिसरण करते हैं। एक इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस का उपयोग आयन बीम को फोकस (ऑप्टिक्स) करने के लिए भी किया जा सकता है, उदाहरण के लिए व्यक्तिगत सेल (जीव विज्ञान) को विकिरणित करने के लिए एक माइक्रोबीम बनाना।

सिलेंडर लेंस

300 पीएक्स इलेक्ट्रॉन गन

एक सिलेंडर लेंस में कई सिलेंडर होते हैं जिनकी भुजाएँ पतली दीवारें होती हैं। प्रत्येक सिलेंडर ऑप्टिकल अक्ष के समानांतर होता है जिसमें इलेक्ट्रॉन प्रवेश करते हैं। सिलिंडरों के बीच छोटे-छोटे गैप रखे गए हैं। जब प्रत्येक सिलेंडर में एक अलग वोल्टेज होता है, तो सिलेंडर के बीच का अंतर लेंस के रूप में कार्य करता है। विभिन्न वोल्टेज संयोजनों को चुनकर आवर्धन को बदला जा सकता है। हालांकि दो सिलेंडर लेंस के आवर्धन को बदला जा सकता है, इस ऑपरेशन से फोकल प्वाइंट भी बदल जाता है। तीन सिलेंडर लेंस वस्तु और छवि की स्थिति को धारण करते हुए आवर्धन के परिवर्तन को प्राप्त करते हैं क्योंकि दो अंतराल हैं जो लेंस के रूप में काम करते हैं। यद्यपि वोल्टेज को इलेक्ट्रॉन गतिज ऊर्जा के आधार पर बदलना पड़ता है, लेकिन जब ऑप्टिकल पैरामीटर नहीं बदले जाते हैं तो वोल्टेज अनुपात स्थिर रहता है।

जबकि एक आवेशित कण विद्युत क्षेत्र में होता है, उस पर बल कार्य करता है। कण जितना तेज़ होता है, संचित आवेग उतना ही छोटा होता है। एक कोलिमिटेड बीम के लिए फोकल लंबाई को लेंस द्वारा संचित (लंबवत) आवेग से विभाजित प्रारंभिक आवेग के रूप में दिया जाता है। यह एक लेंस की फोकल लंबाई को आवेशित कण की गति के दूसरे क्रम का एक कार्य बनाता है। फोटोनिक्स से ज्ञात एकल लेंस इलेक्ट्रॉनों के लिए आसानी से उपलब्ध नहीं होते हैं।

सिलेंडर लेंस में डिफोकसिंग लेंस, एक फोकसिंग लेंस और दूसरा डिफोकसिंग लेंस होता है, जिसमें उनकी अपवर्तक शक्तियों का योग शून्य होता है। लेकिन चूंकि लेंस के बीच कुछ दूरी है, इलेक्ट्रॉन तीन मोड़ बनाता है और फोकस करने वाले लेंस को धुरी से दूर की स्थिति में हिट करता है और इसलिए अधिक ताकत वाले क्षेत्र के माध्यम से यात्रा करता है। यह अप्रत्यक्षता इस तथ्य की ओर ले जाती है कि परिणामी अपवर्तक शक्ति एकल लेंस की अपवर्तक शक्ति का वर्ग है।

एकल लेंस

आइंजेल लेंस में आयनों का पथ।

सिंगल लेंस एक इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस है जो बीम की ऊर्जा को बदले बिना फोकस करता है। इसमें एक अक्ष के साथ श्रृंखला में बेलनाकार या आयताकार ट्यूबों के तीन या अधिक सेट होते हैं।

चतुर्भुज लेंस

चौगुनी लेंस में दो सिंगल क्वाड्रुपोल होते हैं जो एक दूसरे के संबंध में 90° मुड़े होते हैं। मान लें कि z प्रकाशिक अक्ष है तो x और y अक्ष के लिए अलग-अलग यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि अपवर्तक शक्ति फिर से एक लेंस की अपवर्तक शक्ति का वर्ग है। एक चुंबकीय चौगुना विद्युत चौगुनी के समान कार्य करता है, हालांकि लोरेंत्ज़ बल आवेशित कण के वेग के साथ बढ़ता है। एक वियना फिल्टर की भावना में, एक संयुक्त चुंबकीय, विद्युत चौगुना एक निश्चित वेग के आसपास अक्रोमेटिक होता है। नील्स बोहरो और वोल्फगैंग पाउली का दावा है कि जब यह लेंस स्पिन के साथ आयनों पर लागू होता है (रंगीन विपथन के अर्थ में), लेकिन इलेक्ट्रॉनों पर लागू होने पर नहीं, जिसमें एक स्पिन भी होता है। स्टर्न-गेरलाच प्रयोग देखें।

चुंबकीय लेंस

आवेशित कणों पर ध्यान केंद्रित करने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र का भी उपयोग किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन पर अभिनय करने वाला लोरेंत्ज़ बल गति की दिशा और चुंबकीय क्षेत्र की दिशा (vxB) दोनों के लंबवत है। एक समांगी क्षेत्र आवेशित कणों को विक्षेपित करता है, लेकिन उन्हें केंद्रित नहीं करता है। सबसे सरल चुंबकीय लेंस एक डोनट के आकार का कुंडल होता है जिसके माध्यम से बीम गुजरता है, अधिमानतः कुंडल की धुरी के साथ। चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए, कुंडल के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है। कुंडल के तल में चुंबकीय क्षेत्र सबसे मजबूत होता है और इससे दूर जाने पर कमजोर हो जाता है। कुंडली के तल में, अक्ष से दूर जाने पर क्षेत्र मजबूत होता जाता है। इस प्रकार, अक्ष से आगे एक आवेशित कण अक्ष के करीब एक कण की तुलना में एक मजबूत लोरेंत्ज़ बल का अनुभव करता है (यह मानते हुए कि उनका वेग समान है)। यह ध्यान केंद्रित करने की क्रिया को जन्म देता है। इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस में पथों के विपरीत, चुंबकीय लेंस के पथ में एक सर्पिलिंग घटक होता है, अर्थात ऑप्टिकल अक्ष के चारों ओर आवेशित कण सर्पिल होते हैं। नतीजतन, चुंबकीय लेंस द्वारा बनाई गई छवि वस्तु के सापेक्ष घूमती है। इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस के लिए यह रोटेशन अनुपस्थित है। चुंबकीय क्षेत्र की स्थानिक सीमा को लोहे (या अन्य चुंबकीय रूप से नरम सामग्री) चुंबकीय सर्किट का उपयोग करके नियंत्रित किया जा सकता है। यह अच्छी तरह से परिभाषित ऑप्टिकल गुणों के साथ अधिक कॉम्पैक्ट चुंबकीय लेंस को डिजाइन और निर्माण करना संभव बनाता है। आज उपयोग में आने वाले अधिकांश इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी अपने बेहतर इमेजिंग गुणों और इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस के लिए आवश्यक उच्च वोल्टेज की अनुपस्थिति के कारण चुंबकीय लेंस का उपयोग करते हैं।

मल्टीपोल लेंस

चतुर्भुज से परे मल्टीपोल गोलाकार विपथन के लिए सही हो सकते हैं और कण त्वरक में द्विध्रुवीय झुकने वाले मैग्नेट वास्तव में बड़ी संख्या में तत्वों से बने होते हैं जिनमें मल्टीपोल के विभिन्न सुपरपोजिशन होते हैं।

आमतौर पर गति की शक्ति के आधार पर गतिज ऊर्जा के लिए निर्भरता दी जाती है। तो एक इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस के लिए फोकल लंबाई गतिज ऊर्जा की दूसरी शक्ति के साथ बदलती है, जबकि मैग्नेटोस्टैटिक लेंस के लिए फोकल लंबाई गतिज ऊर्जा के समानुपाती होती है। और एक संयुक्त चतुर्भुज किसी दी गई ऊर्जा के चारों ओर अक्रोमेटिक हो सकता है।

यदि विभिन्न गतिज ऊर्जा वाले कणों के वितरण को एक अनुदैर्ध्य विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किया जाता है, तो सापेक्ष ऊर्जा प्रसार कम हो जाता है जिससे कम रंगीन त्रुटि होती है। इसका एक उदाहरण इलेक्ट्रान सूक्ष्मदर्शी में है।

इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी

इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी के हालिया विकास ने अणु ओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं को प्रकट करना संभव बना दिया है। यद्यपि यह मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉन विश्लेषक द्वारा पूरा किया जाता है, इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस भी इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

चूंकि इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी नमूनों से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों से कई भौतिक घटनाओं का पता लगाता है, इसलिए इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रॉन विश्लेषक तक पहुंचाना आवश्यक है। इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस लेंस के सामान्य गुणों को संतुष्ट करते हैं।

यह भी देखें

• सिमियोन
• आयन कीप

इस पृष्ठ में अनुपलब्ध आंतरिक कड़ियों की सूची

• लेंस (प्रकाशिकी)
• कोशिका विज्ञान)
• फोकस (प्रकाशिकी)
• कैथोड रे ट्यूब
• बढ़ाई
• चुंबकीय चतुर्भुज
• आयन फ़नल

अग्रिम पठन

• E. Harting, F.H. Read, Electrostatic Lenses, Elsevier, Amsterdam, 1976.