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2025-08-19T07:02:08Z

Anwendungen: BKL Fix

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Die '''Elektronenoptik''' befasst sich mit der [[Fokus]]sierung und Abbildung von [[Elektronenstrahl|Elektronenströmen]] im [[Vakuum]] mittels [[Elektrisches Feld|elektrischer]] oder [[Magnetisches Feld|magnetischer Felder]].<ref>Frank Hinterberger, Physik der Teilchenbeschleuniger und Ionenoptik, S. 211–238, Springer, 2008, ISBN 978-3540752813.</ref>

Sind die bewegten geladenen Teilchen [[Ion]]en, so spricht man von '''Ionenoptik''', z. B. beim [[Feldionenmikroskop]], mit dem [[Erwin Wilhelm Müller]] [[1950]] erstmals einzelne Atome „sehen“ konnte.

== Grundlagen ==

[[Bild:Magnetic lens.jpg|mini|Magnetische Linse]]
[[Bild:Einzel lens.png|mini|300px|Eine [[Einzellinse]] ist eine spezielle elektrostatische Linse. Gezeigt ist der Flugpfad von positiv geladenen Ionen. Sechs Platten sind parallel zum Flugpfad ausgerichtet und die mittlere Platte liegt auf einem speziellen Potential.]]
Elektrische und magnetische Felder wirken auf [[Elektrische Ladung|geladene Teilchen]] im Vakuum ähnlich wie optische Medien auf den Lichtstrahl. Dies wurde 1926 erstmals von [[Hans Busch (Physiker)|Hans Busch]] beschrieben und berechnet, der als Begründer der Elektronenoptik gilt.

Die Kraftwirkung elektrischer Felder ist parallel zu deren Feldlinien, während die [[Lorentzkraft]] in einem Magnetfeld senkrecht sowohl auf dem Geschwindigkeitsvektor der Ladungsträger als auch auf der [[Magnetische Flussdichte|magnetischen Flussdichte]] steht.

[[Symmetrie (Geometrie)#Rotationssymmetrie / Drehsymmetrie|Zylindersymmetrische]] inhomogene Felder, seien sie nun elektrisch oder magnetisch, wirken wie Linsen. Orthogonale Felder wirken wie Prismen ([[Ablenkmagnet]], Ablenkplatten). Netze und dahinter liegende negativ geladene Platten wirken reflektierend.

Viele Prinzipien der Lichtoptik lassen sich auf die Elektronenoptik übertragen, so lässt sich der [[Brechungsindex]] aus dem [[Fermatsches Prinzip|Fermatschen Prinzip]] herleiten. Auch einige [[Abbildungsfehler|optische Abbildungsfehler]] sind auf die Elektronenoptik übertragbar. Die [[Abbildungsgesetz]]e [[Rotationssymmetrie|rotationssymmetrischer]] Felder gelten für den ''paraxialen'' [[Strahlengang]], also für Elektronen die dicht an der Symmetrieachse bleiben.

== Anwendungen ==
Elektronenoptische Systeme findet man vor allem zur Fokussierung von [[Elektronenstrahl]]en.

Ein typisches Beispiel sind Bildröhren ([[Braunsche Röhre]]n bzw. Kathodenstrahlröhren) in [[Bildaufnahmeröhre]]n (Fernsehaufnahmeröhren), Oszilloskopen und Röhrenfernsehern.

Elektronenoptik dient zur Projektion eines aus Elektronen bestehenden Bildes (Elektronen-Abbildung) in [[Restlichtverstärker|Bildwandlerröhren]], [[Transmissionselektronenmikroskop]]en (TEM) und [[Rasterelektronenmikroskop]]en (REM). In Letzterem wird der extrem genau fokussierte Elektronenstrahl abgelenkt und tastet rasterartig die Probe ab, welche ihrerseits ortsabhängig Sekundärelektronen abgibt.

In [[Teilchenbeschleuniger]]n werden geladene Teilchen magnetisch abgelenkt und mit elektrischen Feldern beschleunigt.

Erste Bildröhren in den [[1950er]] Jahren hatten eine magnetische [[Fokus|Fokussierung]] des Elektronenstrahls auf den Bildschirm. Sie bestand aus einer mechanisch verstellbaren Kombination aus zwei gegensinnig hintereinander angeordneten Ringmagneten auf dem Bildröhrenhals. Ein Beispiel war z. B. die Fernsehbildröhre Typ „B43M1“. Das Feld der Ringmagnete wirkt als magnetische Linse auf den Elektronenstrahl.

Magnetische Fokussierung wird auch heute bei Systemen mit hohen Strahlleistungen angewendet. Die Fokussierung ließ sich später, wie das bereits bei den [[Oszillograf]]enröhren der Fall war, statt der Ringmagnete auch in Bildröhren mit elektrischen, durch präzise Zylinder und Lochblenden erzeugten Feldern erreichen. Die Punktschärfe (Fokussierung) bei Bildröhren wird durch eine oder zwei Spannungen (Fokussierspannung) eingestellt. Bei dieser sogenannten elektrostatischen Fokussierung wird der Leuchtpunkt des Elektronenstrahls durch Einstellen der Felder bei den Fokussierelektroden durch eine sogenannte elektrostatische Linse gebündelt. Die erforderlichen Spannungen werden wie auch die [[Anodenspannung]] im [[Zeilentransformator]] erzeugt und können mit einem [[Potentiometer]] im Inneren des Fernsehers eingestellt werden.

Abstimmanzeigeröhren ([[Magisches Auge (Radio)|Magische Augen]]) enthielten bereits vor der Entwicklung von Bildröhren Ablenkstäbchen als Elektroden zur Veränderung der die Anzeige bildenden Strahlform.

== Auflösungsgrenze ==
Die Auflösungsgrenze von elektromagnetischen Optiken lässt sich in Analogie zur [[Auflösung (Mikroskopie)|Auflösungsgrenze in der Optik]] berechnen, indem man die [[De-Broglie-Welle]]nlänge einsetzt.

== Siehe auch ==
* [[Feldemissionsmikroskop]]

== Weblinks ==
* [https://ernstruska.digilibrary.de/bibliographie/q018/q018.pdf Beiträge zur Elektronenoptik], [[Hans Busch (Physiker)|H. Busch]] und [[Ernst Brüche|E. Brüche]], Verlag von Johann Ambrosius Barth, Leipzig 1937 (PDF; 377 kB).

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Elektronenoptik| ]]
[[Kategorie:Spektroskopie]]

Elektronenoptik - Versionsgeschichte

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