磁场聚焦

磁聚焦的原理

磁场聚焦

保罗（右图）在1951年设计了由六个磁极构成的聚焦磁场，可以使中性分子聚集，对分子束研究极为有用。后来，他又设计了一种射频四极电场，可以把带电粒子囚禁在该电场中。这一电场就相当于一个捕捉粒子的陷阱。这项研究后来成为带电粒子存储技术的先驱。

磁聚焦的原理

如果一个带电粒子进入匀强磁场时，其速度V的方向与磁感强度 的方向成任意角度θ，则可将V分解成平行于B和垂直于B的两个分量V∥和V⊥。因磁场的作用，垂直于B的速度分量V⊥虽不改变大小，却不断改变方向。在垂直于B的平面内作匀速圆周运动。平行于B的速度分量V∥不变，其运动是沿B方向的匀速直线运动。这两种运动的合成，为螺旋线运动。此带电粒子作螺旋运动时，螺旋线的半径(即电子在磁场中作圆运动的回旋半径)为

R=mv⊥/(qB)=mvsinθ/(qB) （9-14a）

粒子每转一周前进的距离称为螺距，用符号表示，则

h=v∥*T=2πmvcosθ/(qB) （9-14b）

上式中的T是粒子转过一周所需的时间，称为回转周期。

在匀强磁场中某点A处有一束带电粒子，当带电粒子的速度v与B的夹角很小、各粒子速率v大致相同时，这些粒子具有相同的螺距。经一个回转周期后，他们各自经过不同的螺距轨道重新会聚到A＇点。发散粒子依靠磁场作用会聚于一点的现象称为磁聚焦。它与光束经光学透镜聚焦相类似。实际应用中，更多利用它产生的非匀强磁场聚焦。短线圈的作用类似光学中的透镜，称为磁透镜。也可用于电子显微镜中。