Geometrical Charged-Particle Optics

این ویرایش دوم یک نسخه توسعه‌یافته از اولین ویرایش هندسی اپتیک ذرات باردار است. تک نگاری مرجع به روز شده به عنوان راهنمایی برای محققان و دانشجویان فارغ التحصیل در نظر گرفته شده است که به دنبال یک درمان جامع از طراحی ابزار و سیستم های هدایت پرتو ذرات باردار و انتشار آنها در میدان های الکترومغناطیسی هستند. جنبه های موج در این نسخه برای توضیح هولوگرافی الکترونی، اثر Aharanov-Bohm و وضوح میکروسکوپ های الکترونی محدود شده توسط پراش گنجانده شده است. چندین روش برای محاسبه میدان الکترومغناطیسی ارائه شده است و روش هایی برای محاسبه خواص سیستم هایی با محور منحنی دلخواه بیان شده است. روش‌های دقیق برای طراحی و بهینه‌سازی اجزای خاص مانند اصلاح‌کننده‌های انحراف، طیف‌سنج‌ها، تک رنگ‌کننده‌های فیلترهای انرژی، تله‌های یونی، آینه‌های الکترونی و لنزهای کاتدی ارائه شده‌اند. به طور خاص، اپتیک عدسی‌های متقارن چرخشی، چهار قطبی و سیستم‌های متشکل از این عناصر به طور گسترده مورد بحث قرار می‌گیرند. خواص پرتو مانند گسیل، روشنایی، قابلیت انتقال و تشکیل مواد سوزاننده مشخص شده است. حرکت نسبیتی و سبقت اسپین الکترون با معرفی زمان جهانی لایتغیر لورنتس و با گسترش اصل همیلتون از سه به چهار بعد فضایی که زمان آزمایشگاهی به عنوان چهارمین مختصات شبه فضایی در نظر گرفته می‌شود، به روشی کوواریانت مورد بررسی قرار می‌گیرد. با استفاده از این روش و معرفی خود کنش الکترون، میدان الکترومغناطیسی همراه آن و میدان تابش آن برای حرکت دلخواه محاسبه می شود. علاوه بر این، اثر استرن-گرلاخ برای الکترون‌های اتمی و آزاد دوباره مورد بررسی قرار می‌گیرد.

This second edition is an extended version of the first edition of Geometrical Charged-Particle Optics. The updated reference monograph is intended as a guide for researchers and graduate students who are seeking a comprehensive treatment of the design of instruments and beam-guiding systems of charged particles and their propagation in electromagnetic fields. Wave aspects are included in this edition for explaining electron holography, the Aharanov-Bohm effect and the resolution of electron microscopes limited by diffraction. Several methods for calculating the electromagnetic field are presented and procedures are outlined for calculating the properties of systems with arbitrarily curved axis. Detailed methods are presented for designing and optimizing special components such as aberration correctors, spectrometers, energy filters monochromators, ion traps, electron mirrors and cathode lenses. In particular, the optics of rotationally symmetric lenses, quadrupoles, and systems composed of these elements are discussed extensively. Beam properties such as emittance, brightness, transmissivity and the formation of caustics are outlined. Relativistic motion and spin precession of the electron are treated in a covariant way by introducing the Lorentz-invariant universal time and by extending Hamilton’s principle from three to four spatial dimensions where the laboratory time is considered as the fourth pseudo-spatial coordinate. Using this procedure and introducing the self action of the electron, its accompanying electromagnetic field and its radiation field are calculated for arbitrary motion. In addition, the Stern-Gerlach effect is revisited for atomic and free electrons.