Lente Einzel

Una lente einzel (del alemán : Einzellinse - lente única ^[1] ), o lente unipotencial , ^[2] es una lente electrostática de partículas cargadas que enfoca sin cambiar la energía del haz. Consiste en tres o más conjuntos de aberturas o tubos cilíndricos o rectangulares en serie a lo largo de un eje. Se utiliza en óptica de iones para enfocar iones en vuelo, lo que se logra mediante la manipulación del campo eléctrico en el camino de los iones.

Implementación de una lente einzel que muestra la ruta de los iones. Seis placas son paralelas a la trayectoria de vuelo de los iones con la placa del medio a un potencial particular.

El potencial electrostático en la lente es simétrico, por lo que los iones recuperarán su energía inicial al salir de la lente, aunque la velocidad de las partículas externas se alterará de manera que converjan en el eje. Esto hace que las partículas externas lleguen a la intersección del foco un poco más tarde que las que viajan a lo largo de una trayectoria recta, ya que tienen que viajar una distancia adicional.

Una vista en perspectiva de una lente einzel.

Ruta de los iones a medida que viajan a través de una lente einzel. La masa de iones es de 200 k Da acelerada a 40 kV, el potencial de la placa intermedia es de 200 V y el tamaño de la placa es de 1 m (tenga en cuenta que estos valores son atípicos con fines ilustrativos).

La ecuación para el cambio en la velocidad radial de una partícula cuando pasa entre cualquier par de cilindros en la lente es:

${\ Displaystyle \ Delta v_ {r} = \ int {\ frac {qE_ {r} (r, z)} {mv_ {z}}} dz,}$

con el eje z pasando por el centro de la lente, y r siendo la dirección normal a z . Si la lente está construida con electrodos cilíndricos, el campo es simétrico alrededor de z .${\ Displaystyle E_ {r} (r, z)}$ es la magnitud del campo eléctrico en la dirección radial para una partícula a una distancia radial particular y una distancia a través del espacio, ${\ Displaystyle m}$ es la masa de la partícula que atraviesa el campo, ${\ Displaystyle v_ {z}}$es la velocidad de la partícula yq es la carga de la partícula. La integral ocurre sobre el espacio entre las placas. Este es también el intervalo en el que se produce la lente.

El par de placas también se denomina lente de inmersión electrostática, ^{[ dudoso - discutir ] por lo} tanto, una lente einzel puede describirse como dos o más lentes de inmersión electrostática. Resolver la ecuación anterior dos veces para encontrar el cambio en la velocidad radial para cada par de placas se puede usar para calcular la distancia focal de la lente.

El principio de la lente einzel en una forma simplificada también se utilizó como mecanismo de enfoque en los tubos de rayos catódicos de pantallas y televisores , ^{[3] [4]} y tiene la ventaja de proporcionar un buen punto de enfoque nítido durante toda la vida útil del cañón de electrones del tubo. con un reajuste mínimo o nulo necesario (muchos televisores monocromáticos no tenían o necesitaban controles de enfoque), aunque en pantallas monocromáticas de alta resolución y todas las pantallas CRT en color se proporciona un control de potenciómetro de enfoque (ajustable por el técnico).

• Tiempo de vuelo
• Espectrometría de masas
• Tubo de rayos catódicos
• Cilindro Wehnelt

• Aberth, William H. (1974), "Construcción de una lente einzel capaz de funcionar con alto voltaje", Review of Scientific Instruments , 45 (10): 1289, Bibcode : 1974RScI ... 45.1289A , doi : 10.1063 / 1.1686484