عدسة كهروستاتيكية

العدسة الكهروستاتيكية هي جهاز يُساعد في نقل الجسيمات المشحونة. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} تستطيع العدسات الكهروستاتيكية تركيز الجسيمات المشحونة، وتسريعها أو إبطائها، عن طريق توليد مجال كهربائي يُؤثر بقوة عليها. على سبيل المثال، تُستخدم على نطاق واسع في استخلاص وتسريع حزم الإلكترونات أو الأيونات. ^{[ 4 ]} يمكن تصميم أنظمة العدسات الكهروستاتيكية بنفس طريقة تصميم العدسات البصرية، مما يُسهل تكبير مسارات الجسيمات المشحونة أو تقريبها. ولأن خصائص التركيز لا تعتمد على نسبة الشحنة إلى الكتلة للجسيمات عند السرعات غير النسبية، فهذا يعني إمكانية استخدام النظام نفسه مع أيونات مختلفة. ^{[ 5 ]}

تتكون العدسة الأسطوانية من عدة أسطوانات ذات جدران رقيقة. تصطف كل أسطوانة بالتوازي مع المحور البصري الذي تدخل إليه الإلكترونات. توجد فجوات صغيرة بين الأسطوانات. عندما يكون لكل أسطوانة جهد كهربائي مختلف، تعمل الفجوة بينها كعدسة. يمكن تغيير التكبير باختيار توليفات مختلفة من الجهد. على الرغم من إمكانية تغيير تكبير عدستين أسطوانيتين، إلا أن هذه العملية تُغير أيضًا البؤرة. تُحقق ثلاث عدسات أسطوانية تغيير التكبير مع الحفاظ على موضع الجسم والصورة، وذلك لوجود فجوتين تعملان كعدستين. على الرغم من أن الجهد الكهربائي يتغير تبعًا لطاقة الحركة الإلكترونية ، إلا أن نسبة الجهد تظل ثابتة عند عدم تغيير المعاملات البصرية.

عندما يكون الجسيم المشحون في مجال كهربائي، تؤثر عليه قوة. كلما زادت سرعة الجسيم، قلّت الدفعة المتراكمة. بالنسبة لحزمة ضوئية متوازية، يُعطى البعد البؤري بقسمة الدفعة الابتدائية على الدفعة المتراكمة (العمودية) التي تُحدثها العدسة. هذا يجعل البعد البؤري لعدسة واحدة دالةً للرتبة الثانية لسرعة الجسيم المشحون. العدسات المفردة، كما هو معروف في مجال الفوتونيات، ليست متوفرة بسهولة للإلكترونات.

تتكون العدسة الأسطوانية من عدسة مُشتِّتة، وعدسة مُركِّزة، وعدسة مُشتِّتة ثانية، ومجموع قوى انكسارها يساوي صفرًا. ولكن نظرًا لوجود مسافة بين العدسات، فإن الإلكترون يدور ثلاث دورات ويصطدم بالعدسة المُركِّزة عند موضع أبعد عن المحور، وبالتالي يمر عبر مجال ذي قوة أكبر. هذه الخاصية غير المباشرة تؤدي إلى أن تكون قوة الانكسار الناتجة هي مربع قوة انكسار العدسة الواحدة.

العدسة أحادية البعد هي عدسة كهروستاتيكية يمكنها تركيز الضوء دون تغيير طاقته. وهي تتكون من ثلاث مجموعات أو أكثر من الأنابيب الأسطوانية أو المستطيلة المتصلة على التوالي على طول محور. ^{[ 6 ]}

تتكون العدسة الرباعية الأقطاب من عدستين رباعيتي الأقطاب منفصلتين بزاوية 90 درجة بالنسبة لبعضهما البعض. إذا كان z هو المحور البصري، فيمكن استنتاج أن قوة الانكسار، بالنسبة للمحورين x و y على حدة، هي مربع قوة انكسار العدسة الواحدة. ^{[ 7 ]}

يعمل رباعي الأقطاب المغناطيسي بشكل مشابه جدًا لرباعي الأقطاب الكهربائي، إلا أن قوة لورنتز تزداد مع سرعة الجسيم المشحون. وكما هو الحال في مرشح فين ، فإن رباعي الأقطاب المغناطيسي والكهربائي المدمج يكون لا لونيًا عند سرعة معينة. ويزعم بور وباولي أن هذه العدسة تُسبب انحرافًا عند تطبيقها على الأيونات ذات اللف المغزلي (بمعنى الانحراف اللوني)، ولكن ليس عند تطبيقها على الإلكترونات التي لها أيضًا لف مغزلي. انظر تجربة شتيرن-غيرلاخ .

يمكن للأقطاب المتعددة التي تتجاوز القطب الرباعي تصحيح الانحراف الكروي، وفي مسرعات الجسيمات، تتكون مغانط الانحناء ثنائية القطب في الواقع من عدد كبير من العناصر ذات تراكبات مختلفة من الأقطاب المتعددة.

عادةً ما تُحدد العلاقة بين الطاقة الحركية وقوة السرعة. ففي العدسة الكهروستاتيكية، يتناسب البعد البؤري طرديًا مع مربع الطاقة الحركية، بينما في العدسة المغناطيسية، يتناسب البعد البؤري طرديًا مع الطاقة الحركية. ويمكن أن يكون العدسة الرباعية الأقطاب المركبة لا لونية عند طاقة معينة.

إذا تم تسريع مجموعة من الجسيمات ذات الطاقات الحركية المختلفة بواسطة مجال كهربائي طولي، فإن التباين النسبي في الطاقة يقل، مما يؤدي إلى تقليل الخطأ اللوني. ومن الأمثلة على ذلك المجهر الإلكتروني .

• قمع الأيونات – جهاز يستخدم لتركيز حزمة من الأيونات 
• عدسة مغناطيسية – عدسة للجسيمات المشحونة 
• سيميون

• إي. هارتينغ، إف إتش ريد، العدسات الكهروستاتيكية، إلسيفير، أمستردام، 1976.