§29-3 静电透镜

粒子聚焦有许多应用。例如,在电视显像管中那些离开了阴极的电子被聚焦在显示屏上——为了形成一个细斑。在这种情况下,人们希望把所有具有同一能量但以不同起始角射出来的粒子都聚集在一小点上。这一问题就像用透镜使光聚焦一样,因而对粒子也会做这种相应事情的器件就也叫作透镜。

电子透镜的一个例子被简略地画成图29-5。它是一个静电透镜,它的作用取决于两相邻电极间的电场。其运用情况可通过考虑从左边进来的平行电子束会发生什么来加以理解。当各电子到达区域a时,它们会感受到一个具有侧向分量的力而获得使其弯向轴心的某个冲力。你也许会想到,它们会在区域b获得一个相等而相反的冲力,但事实却不是这样。当电子到达区域b时它们已得到了能量,从而在b区停留的时间就较短 。力还是一样,但时间短些,冲力也就小些了。在从a区进至b区时,就有一净的轴向冲力,因而电子会弯向一个共同点。在离开了高电压区之后,这些粒子又得到指向轴心的另一次冲击。在c区的力是向外的而在d区的力则是向内的,但粒子在后一区域里停留的时间较长,因而又再受到一个净冲力。对于离轴心不太远的点,通过透镜时的总冲力与离轴线的距离成正比(你能否看出个什么原因来),而这正是透镜式聚焦所必要的条件。

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图29-5 静电透镜。这里所示的场线是“力线”,也即qE线

你能够用同样的论据来证明,无论中间电极的电势相对于其他两极是正还是负,都会有聚焦作用。这一种类型的静电透镜通常用于阴极射线管或某些电子显微镜中。