The Finite Element Method in Charged Particle Optics

در طی چند دهه، روش اجزای محدود به یک تکنیک عددی مهم برای حل مسائل در موضوع اپتیک ذرات باردار تبدیل شده است. اکنون وضعیت تا جایی توسعه یافته است که نرم افزار شبیه سازی اجزا محدود به صورت تجاری فروخته می شود و به طور معمول در صنعت استفاده می شود. معرفی روش اجزای محدود در اپتیک ذرات باردار از طریق پایان نامه دکترا توسط اریک مونرو در دانشگاه کمبریج انگلستان در سال 1971 [1]، اندکی پس از انتشار اولین مقالات در مورد استفاده از آن برای حل مسائل مهندسی برق ارائه شد. در اواخر دهه شصت اگرچه مقالات زیادی در مورد استفاده از روش اجزای محدود در اپتیک ذرات باردار از زمان کار پیشگام مونرو منتشر شده است، توسعه آن در این زمینه هنوز در هیچ کتاب درسی ظاهر نشده است. این واقعیت را باید در چارچوب وسیع تری درک کرد. اولین کتاب درسی روش اجزاء محدود در مهندسی برق در سال 1983 منتشر شد [2]. در حال حاضر، تنها تعداد انگشت شماری کتاب دیگر وجود دارد که آن را در رابطه با مباحث مهندسی برق [3] توضیح می دهد، چه رسد به اپتیک ذرات باردار. این تنها بخش کوچکی از کتاب‌هایی است که به روش اجزای محدود در موضوعات دیگری مانند مهندسی عمران اختصاص داده شده است. انگیزه نوشتن این کتاب از نیاز به اصلاح این عدم تعادل ناشی می شود. همچنین دلیل مهم دیگری برای نوشتن این کتاب وجود دارد.

In the span of only a few decades, the finite element method has become an important numerical technique for solving problems in the subject of charged particle optics. The situation has now developed up to the point where finite element simulation software is sold commercially and routinely used in industry. The introduction of the finite element method in charged particle optics came by way of a PHD thesis written by Eric Munro at the University of Cambridge, England, in 1971 [1], shortly after the first papers appeared on its use to solve Electrical Engineering problems in the late sixties. Although many papers on the use of the finite element method in charged particle optics have been published since Munro's pioneering work, its development in this area has not as yet appeared in any textbook. This fact must be understood within a broader context. The first textbook on the finite element method in Electrical Engineering was published in 1983 [2]. At present, there are only a handful of other books that describe it in relation to Electrical Engineering topics [3], let alone charged particle optics. This is but a tiny fraction of the books dedicated to the finite element method in other subjects such as Civil Engineering. The motivation to write this book comes from the need to redress this imbalance. There is also another important reason for writing this book.