Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Явления на интерференция и дифракция при движение на частиците

<== предишна статия | следващата статия ==>

Движеща се частица с инерция и енергия , квантовата механика свързва вълнова функция на формата, наречена вълна на де Бройл:

(10.1)

където

- вълнов вектор

- кръгова честота

- дължина на вълната на де Бройл.

За нерелативистични частици, чиято скорост ,

,

където - маса на частиците,

- нейната кинетична енергия.

В съответствие с квантовата механика, основната характеристика на една частица е сложна вълнова функция в зависимост от координатите и времето,

, (II.3.1)

където | y | - амплитуда и Ф - фаза на вълновата функция, i = - въображаема единица.

Вълновата функция съдържа цялата информация за динамичните характеристики на частицата. Физическият смисъл на вълновата функция е, че квадрата на неговия модул определя плътността на вероятността Р на частица в даден участък от пространство x, x + dx; y, y + dy; z, z + dz:

, (II.3.2)

където - комплексна спрегната вълнова функция. Ако дадена частица се движи в ограничен участък от пространство на обем V, тогава вероятността за откриване на частица в тази област е 1 и вълновата функция трябва да отговаря на условието за нормализация.

, (II.3.3)

Вълновата функция не е пряко измерено количество. Тя само определя сложната амплитуда на вероятността. Всички измерени стойности са квадратични функции на вълновата функция. В квантовата механика централната концепция е вероятността, която определя потенциалните възможности на системата. Тези възможности се реализират при взаимодействие с макроскопично измервателно устройство.

Вълновите свойства на движението на частиците се проявяват в явленията на интерференция и дифракция. Ако лъч от електрони със същия импулс е насочен към непрозрачен плосък екран с два процепа, разпределението на електронната плътност на екрана за наблюдение с достатъчно голям брой електрони, преминаващи през процепите, е описано като резултат от интерференцията на две вълни на де Бройл, идващи от процепите. В този експеримент се проявява дуалността на вълновата частица на частиците на материята, тъй като преминаването на електрони през процепите и образуването на интерференция се свързва с вълновите свойства, а процесът на регистриране на отделни електрони на екрана за наблюдение с помощта на детектор е описан на езика на корпускулите. Вълновите свойства се проявяват чрез статистически разпределения на частици в процеса на регистрация.

Ако де Бройл дължина на вълната където е разстоянието между атомите на кристала, тогава за електронния лъч могат да се получат всички дифракционни явления, наблюдавани чрез методите на Брег и Лауе . Тази дължина на вълната лесно да се използва ускоряване напрежение ,

Рефлексията на Браг от електронни вълни от кристал за първи път е наблюдавана през 1927 г. от C.J. Davisson и L. Jermer, както и от Д. Томпсън. Интересно е да се отбележи, че най-трудните частици, за които досега са фиксирани вълнови феномени, са органични молекули. с маса ,

Съществуват няколко метода за използване на вълновите свойства на движението на електрони и неутрони за изследване на структурата на материята.

Електронната дифракция е метод за изследване на материята, основан на разсейването на проба от ускорени електрони .

Атомите разпръскват бързи електрони с около 6 порядъка по-силни от рентгеновите лъчи. Това се дължи на заряда от електрони, взаимодействащи с кулоновото поле на атомите. Поради ефективността на кулоновото разсейване на електроните в електронната дифракция, се използват плътни материали като , При достатъчно дълго наблюдение възниква подредена дифракционна картина на разпределението на електронната плътност зад пробата, в зависимост от структурата на кристалната решетка .

Методът на дифракция на газовите електрони определя структурата на молекулите с относително малък брой осцилации в широк диапазон от температури.

В електронната оптика те се занимават с формирането, фокусирането и отклоняването на електронните лъчи, за да се получи електронно изображение на обект.

Електронното изображение се визуализира на флуоресцентен екран или фото слой. Електронният лъч се контролира с помощта на електрически и магнитни полета със специална пространствена конфигурация (електрически и магнитни лещи) в достатъчно висок вакуум ( ) да се елиминира изкривяването на траекторията на електроните.

Основи на електронната оптика ЕЛЕКТРОННА И ЙОННА ОПТИКА, занимава се с формирането, фокусирането и отклоняването на лъчи на електрони и йони и получаване на изображения с тяхна помощ под влияние на електр. и магн. полета във вакуум. Електронни и йонни изображения могат да бъдат визуализирани на флуоресцентен екран или фото слой. Тъй като електронните лъчи се използват много по-широко, отколкото йонните лъчи , терминът "електронна оптика" (EO) е доста често срещан.

Произходът на EO, свързан със създаването на con. 19 век електроннолъчева тръба (CRT). В първата осцилографска. CRT (немски физик К. Ф. Браун, 1897) електронният лъч е отклонен от магнита. област. Отклонение при зареждане. ch-c електростатичен. заедно с магнитното поле се използва английски. Физикът Дж. Дж. Томсън в експерименти, за да определи съотношението на заряда на електрона към неговата маса, преминавайки един лъч между плочите на плосък кондензатор, поставен вътре в CRT. През 1899 г. не е така. Физик I.E.Wiechert кандидатства за фокусиране на електронен лъч в CRT магнит. намотка поле с ток. Но едва през 1926 година. учен X. Буш теоретично разглеждаше движението на такса. h-c в магн. полето на такава намотка показва, че е подходящо за получаване на правилно електронно-оптично. изображения и следователно yavl. електронна леща (EL). Последващото развитие на EL (магнитно и електростатично) отвори пътя за създаването на електронен микроскоп, електронно-оптичен конвертор и други устройства, в които се формират електронно-оптични оптики. изображения на обекти - или излъчващи, или едни или други

начин, действащ върху електронни лъчи. Проектиране на промоции. CRT за телевизия и радар. апаратурата за записване, съхраняване и възпроизвеждане на информация и т.н., доведе до по-нататъшно развитие на секции на EO, свързани с контрола на зарядните лъчи. Н-п. Средства. Разработването на оборудване за анализ на електронни потоци (бета спектрометри и други аналитични устройства) е оказало въздействие върху развитието на ЕО.

Паралелно с изследването на електронните лъчи беше проведено изследване на йонните лъчи, което доведе до създаването на йонна оптика (IO). Няма съществена разлика между ЕО и МО. Движението на електрони и йони в полето се описва със същите линии. Но за да се използва в технологията е много важно да се постигне по-лесно извличане на елементите и тяхното отклонение и фокусиране поради по-малката им маса могат да бъдат направени от по-слаб и по-малък магнит. полета, отколкото в случая на йони с една и съща енергия. В допълнение, разпределението на електроните е по-лесно да се визуализира на флуоресцентен екран. Всичко това доведе до широкото използване на електронно-лъчеви устройства. Развитието на МО в средства. степен, свързана със създаването на мас-спектрометри и ускорители на заредени частици.

За решаване на повечето от проблемите на Е. и. за. достатъчно, за да помисли

Фиг. 1. Отклонение на електронния лъч в еднородно поле на кондензатор: 1 - кондензаторни платки; 2 - електронен прожектор. Силовите линии на полето са показани с прекъснати линии, като частите на еквипотенциалните повърхности по равнината на фигурата са показани с плътни линии. Потенциалът на поле V се увеличава при движение от горе до долу.

Фиг. 2. Отклонението на светлинния лъч в неравномерно оптично на околната среда. Коефициентът на пречупване n се увеличава, когато се движи отгоре надолу.

такса за движение h-c в рамките на класиката. механика, защото вълни. природата на ch-c (виж двойствеността на вълновата вълна) практически не се проявява в тези проблеми. В това приближение Е. и и. за. носи името. геометрично по аналогия с геометричната оптика на светлинните лъчи, която се изразява във факта, че поведението на гредите се зарежда.

h-c в електрически. и магн. полетата са много подобни на поведението на светлинните лъчи в нехомогенна оптика. среди. Качествено, това сходство се намира вече при сравняване на фиг. 1 и 2. Основата на тази аналогия е по-обща аналогия между класиката. механика и светлина geom. оптика, инсталирана irl. математик и физик Уилям Р. Хамилтън, който през 1834 г. доказа, че общото уравнение на механиката (уравнението на Хамилтън - Якоби) е във вид на оптика. eikonal уравнение. Както в светлината geom. оптика, в geom. Д. И и. за. въвежда се концепцията за индекс на пречупване и при изчисляване на грешките в изображението, б. включително до-ryh подобни на аберации на оптични системи, често се използва метод на eikonal. Когато наближава geom. Д. И и. за. се оказва недостатъчно, например. в изследването на разделителната способност на електронния микроскоп участват методите на квантовата механика.

В електронно-оптичен устройства са широко използвани електрически. и магн. полета със симетрия на въртене по отношение на оптиката. ос на системата. EL и електронни огледала (EZ) с такива полета. ротационно симетричен. Електротехника. полета със симетрия на въртене се създават от електроди под формата на цилиндри, чаши, диафрагми с кръгли отвори и др. (фиг. 3).

Фиг. 3. Електронно-оптичен система със симетрия на въртене, проектирана да формира електронен лъч (електронен прожектор): 1 - нагрят катод; 2 - фокусиращ електрод; 3 - първият анод; 4 - вторият анод; 5 - секции от еквипотенциални повърхности електростатични. полета по равнината на фигурата. Пунктираните линии показват контурите на лъча. Електродите показват техния потенциал по отношение на катода, чийто потенциал се приема за нула. Електроди 1, 2, 3 образуват катодна електронна леща, електроди 3 и 4 - потапяне.

Фиг. 4. Магн. леща във формата на бобина: а - изглед отстрани; b - изглед отпред; 1 - бобина; 2 - електропроводни линии. област; 3 - електронна траектория. Пунктираните линии показват очертанията на електронния лъч, излизащ от точка А (обект) и фокусиран в точка В (изображение).

За да се получи осесиметричен магнит. полета се използват електромагнити (понякога постоянни магнити) с полюси под формата на тела на въртене или намотки с ток (фиг. 4). Осесиметричните лещи и огледалата създават правилните електронно-оптични. изображения, ако таксувате. Частиците се движат достатъчно близо до оста на симетрия на полето и тяхното начало. скоростите се различават малко един от друг. Ако тези условия не са изпълнени, грешките в изображението стават много значими. Когато субектът и изображението лежат извън полето, осесиметричният EL винаги събира. Sv-va електростатичен. Осесиметричната ЕЛ се определя от позицията на нейните кардинални точки, подобно на кардиналните точки на осесиметричните светлинно-оптични. системи за изобразяване: огнища, основни точки и възлови точки. Образът е изграден по правилата на светлината геометрична оптика. В магн. Ал се завърта допълнително под някакъв ъгъл. Електростатичните осесиметрични полета се характеризират с един и същ геом. отклонения от светлинно-оптичните центрове. системи spherich. повърхности: сферична аберация, астигматизъм, кривина на изображението, изкривяване и кома. В магн. към тях се добавят полета. анизотропно изкривяване, астигматизъм и кома. В допълнение, има три вида хроматични. аберации (в електростатични полета - две), дължащи се на определен вид неизбежно изменение на енергиите, влизащи в полето h-c. Най-общо казано, EL аберациите с ротационна симетрия при сравними условия значително надвишават магнитните величини на оптичните оптични аберации. центрирано. системи. Въпросът за компенсиране на аберации или тяхното намаляване yavl. един от основните теоретични Д. И и. за.

Има и други видове EL и EZ, полетата до ryh имат dec. типове симетрия. T. n. цилиндрично електростатично и магн. EL и EZ създават линейни изображения на точкови обекти. В редица аналитични. уреди високо. Фокусирането е необходимо само в една посока. В тези случаи е препоръчително да се приложи т.нар. трансаксиален електростатичен EL или EZ. За да повлияе на зареждането на гредите. h-c с високи енергии, използвани квадруполен EL (електростатичен и магнитен).

За да се отклонят гредите на заряда. h-c използват електронно-оптични. устройства с електрически или магн. полета, насочени през лъча. Най-простият електрически отклоняващ елемент yavl. плосък електростатичен кондензатор. В CRT се използват системи с електроди от по-сложни форми за намаляване на отклоняващото напрежение. Отклоняващ магн.

полетата се създават от електромагнити или проводници, през които протича токът. Много разнообразни форми на отклоняване на електр. и магн. полета, използвани в мас-спектрометри, електронни спектрометри и др. аналитични. устройства, в които пространствата пространствено отделят (позволяват) зареждането. h-tsy в енергия и маса, а също и фокусирани лъчи.

Фиг. 5. Spherich. кондензатор: 1 - кондензаторни електроди; 2 - точков обект; 3 - изображение на субекта; Диафрагми с 4 пръстена. Изображението се намира на права линия, минаваща през източника и центъра O spherich. електроди.

Електротехника. Полетата обикновено се образуват декомплектовани. кондензатори: плоски, цилиндрични, сферични (фиг. 5) и тороидални. От различни типове магн. полетата често се прилагат хомогенно поле (фиг. 6) и секторно поле (фиг. 7). За да подобрите качеството на фокусиране, огънете границите на секторния магнит. полета, както и да прилагат нехомогенни магни. полета, чийто интензитет варира по дефиниция. закон.

Фиг. 6. Отклонение и фокусиране на зарядния лъч. h-хомогенен магнит. поле: 1 - предмет; 2 - изображение. Изисква. Частиците, излъчвани от линеен обект (процеп) в рамките на малък ъгъл 2а, първо се различават, а след това, описвайки полукръгли с радиус r, които са еднакви за всички видове часовници със същата маса и енергия, те образуват образ на обекта в ивица ширина ra 2 . Линейният обект и лентовото изображение са успоредни на магнитното поле. поле, перпендикулярно на равнината на фигурата. Около 1? O 2 и O 3 - центровете на кръговите траектории h-c.

Фиг. 7. Отклонение и фокусиране на зарядния лъч. h-секторна хомогенна магн. поле: 1 - магн. област; 2 - предмет (източник слот); 3 - изображение. Маг. полетата са перпендикулярни на равнината на чертежа. Изображението се намира на линията, свързваща обекта с горната част на сектора O. Ширината на изображението е от същия порядък, както в унифицирания магнит. област.

Изброени. отклоняващ се електрически и магн. устройства, понякога наричани. електронните (йонни) призми се различават от светлинните оптични. призми от факта, че те не само отклоняват, но и фокусират зарядните греди. Н-п. Фокусирането води до факта, че паралелните лъчи, попадащи в полетата на такива устройства, престават да бъдат успоредни след отклонението. Междувременно, да се създаде високо. аналитичен. Инструментите изискват електронни (йонни) призми, като ръж като светлинни призми поддържат паралелни лъчи. Като такива електронни призми се използват телескопични. електрически системи и магн. полета. Добавяйки към електронната призма един колиматор EL на входа и фокусиране на изхода, може да се получи аналитично. устройството, в Krom висока резолюция и големите електронно-оптични са комбинирани. осветеност.

• Арцимович Л.А., Лукянов С.Ю., Движение на заредени частици в електрически и магнитни полета, 2-то изд., М., 1978; Bonstedt B. É., Markovich M.G., Фокусиране и отклонение на греди в електронно-лъчеви устройства, М., 1967; Glaser V., Основи на електронната оптика, транс. с него., М., 1957; 3 Н. С. Нищенко, Лекции по електронна оптика, 2-ро изд., Хар., 1961; V. Kelman, M. Yavor, S. Ya., Electron Optics, 3rd ed., L., 1968.

Фиг. Електронен лъч в еднородно електрическо поле.

Силовите линии са показани с прекъснати линии, еквипотенциалните повърхности са твърди. F = e E = e (V / d)

Фиг. Електронен лъч в еднородно магнитно поле.

Линиите на магнитната индукция, перпендикулярни на равнината на чертежа и насочени от чертежа към нас, са показани с точки. F = e [vB]; R = mv / eB.

Фиг. Пречупване на светлинния лъч на границата на две среди с различни показатели на пречупване; sin i / sin r = n2 / n1

Фиг. Пречупване на електронен лъч на границата на две среди с различни потенциали sin i / sin r = (V2 / V1) 1/2

Фиг. Кривината на еквипотенциалните повърхности в близост до телената мрежа. (Съответните им потенциали са обозначени на еквипотенциални повърхности и електроди).

Фиг. Разпределението на потенциала в областта на диафрагмата с кръгъл отвор.

Показани са траекториите на паралелния електронен лъч, инцидент от лявата страна на диафрагмата.

Фиг. Стъклени лещи (а) и мрежести електронни лещи, изработени по аналогия с тях (б).

Фиг. Разпределението на потенциала в областта между два цилиндрични електрода

Фиг. Потапящи се електронни лещи.

Фиг. Лещи с един електрон.

<== предишна статия | следващата статия ==>





Вижте също:

Разбивка на Зенер. Полеви емисии

Измервателна част от SQUID

Приложение на явлението свръхпроводимост в измервателната техника

Обяснение на понятията за екситон и поляритон

Времевата характеристика на възприемането на действащи стимули

Законът на Уебър

Субективно сетивно възприятие. Абсолютен праг на усещане. Диференциален праг. Праг на дискриминация. Законът на Уебър. Законът на Вебер-Фехнер. Скалата на Стивънс. Всяка допирна система

Обща физиология на сензорните системи. Класификация на рецепторите. Подходящи рецептори. Механорецептори. Хеморецептори. Фоторецептори. Терморецепторите. Обща физиология на сензорните системи

Сканиращи магнитни микроскопи на базата на свръхпроводящи квантови интерферометри (SQUID - микроскопия)

Капацитивен имуносензор

фулерени

Връщане към съдържанието: Физически явления

Видян: 1737

11.45.9.53 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .