OTTICA

OTTICA (XXV, p. 776)

Ottica elettronica. - Si definisce lente elettronica un sistema di campi elettrici e magnetici capace di dar luogo alla formazione dell'immagine di una data sorgente di elettroni (o più in generale, di ioni) sopra opportuni schermi fluorescenti o lastre fotografiche. I sistemi in studio nell'ottica elettronica sono dotati di proprietà molto simili ai sistemi ottici normalie hanno trovato importanti applicazioni, ad es. negli oscillografi catodici, spettrografi di massa, sistemi acceleratori di ioni positivi per gli studî nucleari, microscopî elettronici, ecc. Le lenti elettroniche sono del tipo elettrostatico o magnetico.

Lenti elettrostatiche. - L'analogia tra il principio di Fermat e quello di Maupertuis, e soprattutto la prova sperimentale dell'esistenza di onde associate a corpuscoli elettrizzati in moto, permettono di considerare una regione dello spazio in cui regna un campo elettrostatico come l'equivalente, per un fascio di elettroni, di quello che è per la luce un mezzo inomogeneo isotropo. L'indice di rifrazione elettronico è dato da

variabile con continuità al variare di V. Gli elementi cardinali del sistema si trovano usando l'equazione della dinamica di un punto in un campo E = − grad V, che nell'approssimazione di Gauss è

ed è indipendente dalla massa e dalla carica del corpuscolo. Dalla linearità di questa equazione si deduce che il sistema è una lente nel senso ordinario della parola. Si ottiene ancora facilmente che la distanza focale f è data per lenti corte dalla relazione

L'aberrazione di sfericità è calcolabile con lo sviluppo in serie della [2] limitato al terzo ordine; le altre aberrazioni principali si calcolano con il metodo dell'iconale. Le lenti elettrostatiche più comuni sono costituite da cilindri coassiali a varie tensioni o da tre diaframmi circolari, di cui il centrale a tensione maggiore. Le lenti di quest'ultimo tipo hanno distanza focale molto piccola. Le aperture sono sempre molto piccole per la ineliminabilità della aberrazione di sfericità: e ciò porta ad una profondità di fuoco molto grande.

Lenti magnetiche. - Un campo magnetico avente simmetria di rivoluzione esercita un'azione focalizzatrice su di un fascio di elettroni: dal punto di vista dell'ottica ordinaria si può dire che è un mezzo inomogeneo anisotropo, in cui le superfici d'onda risultano però ad una falda. Gli elettroni vengono animati da un moto di rotazione attorno all'asse di simmetria. Tralasciando lo studio analitico delle traiettorie, diremo solo che la distanza focale di una lente magnetica è data da

e per lenti a fuoco cortissimo da

dove k è una costante, V il potenziale acceleratore, D il diametro interno del campo, Ju il prodotto ampère-spire. L'immagine risulta ruotata rispetto all'oggetto di un angolo (vedi fig. I)

Dalla [4] risulta che particelle con diverso

percorrono diverse traiettorie, rendendo così possibile la costruzione di spettrografi di massa. Risulta inoltre che le lenti magnetiche al contrario di quelle elettriche sono sempre convergenti e che, cambiando ϑ di segno con H, il principio di ritorno inverso non vale per esse.

Bibl.: E. Brüche, O. Scherzer, Geometrische elektronenoptik, Berlino 1934; Myers, Electron Optics, Londra 1939; De Broglie, ecc.: Optique électronique, Parigi 1945; M. v. Ardenne, Elektronen-Übermikroskopie, Berlino 1940.