...............صدر المجلد الثالث عشر من الموسوعة الطبية المتخصصة...............صدر المجلد الثالث عشر من الموسوعة الطبية المتخصصة...............صدر المجلد الأول من موسوعة الآثار في سورية...............ترقبو صدور المجلد الأول من موسوعة العلوم والتقانة ...............صدور المجلد الأول من موسوعة الآثار في سورية...............صدور المجلد الثاني عشر من الموسوعة الطبية المتخصصة بعنوان الأمراض العصبية ...............المدير العام لهيئة الموسوعة العربية الأستاذ الدكتور محمود السيد...............صدر المجلد الحادي عشر من الموسوعة الطبية المتخصصة ويتضمن أمراض الرأس ...............صدر المجلد العاشر من الموسوعة الطبية المتخصصة وهو بعنوان: الأمراض النَّفسيّة ...............إلى زوار موقع هيئة الموسوعة العربية الكرام، نلفت عنايتكم إلى أنه لا يوجد حساب لهيئة الموسوعة العربية على أي من مواقع التواصل الاجتماعي...............صدر المجلد السابع والأخير من الموسوعة القانونية المتخصصة ...............دور النشر والمكتبات المعتمدة لتوزيع الموسوعة العربية

المجلد الثالث >> العلوم البحتة>> الكيمياء و الفيزياء >> الإلكترون

الإلكترون Electron Electron

الإلكترون

 

الإلكترون electron جسيم أولي elementary particle مستقر ذو شحنة كهربائية سالبة هي أصغر شحنة يمكن أن توجد في الطبيعة، ولذلك اتُّخذت واحدة كمية الكهرباء، وليست شحنة أي جسم سوى مضاعفات لها. أما كتلة الإلكترون فهي أصغر كتل الجسيمات المستقرة، وهي تعادل ما يقرب من جزء واحد من 1850 جزءاً من كتلة ذرة الهدروجين (أخف الذرات إطلاقاً(.

أظهرت دراسة بنية المادة أنها حبيبية، مؤلفة من ذرات atoms، كما تبيَّن أن الذرة مؤلفة من نواة nucleous صغيرة جداً (ذات قطر لا يتجاوز واحداً من مئة ألف من قطر الذرة) تشكل الجزء الأعظم من كتلة الذرة وشحنتها الكهربائية موجبة البروتونات، يدور حولها عدد من الإلكترونات يساوي عدد الشحنات الموجبة في النواة. ولذلك تعد الإلكترونات الوحدات الأساسية لبنية المادة، لكونها تشكل الغمامات الإلكترونية للذرات.

يمكن الحصول على الإلكترونات حرّة (غير مرتبطة بالذرات) في الخلاء بوساطة الإصدار الإلكتروني الحراري مثلاً (تسخين المادة). ويمكن تسريعها والاستفادة منها في كثير من التطبيقات العملية (الصمامات الإلكترونية، التلفاز، المجهر الإلكتروني، وغير ذلك). كما يُلجأ إلى تسريع حزم شديدة من الإلكترونات وإيصالها إلى طاقات عالية جداً بغية استخدامها في دراسة نوى الذرات والجسيمات الأولية (كما في السنكروترون synchrotron). وللإلكترون جسيم مضاد، كما للجسيمات الأولية الأخرى، وهو الإلكترون الموجب أو البوزترون positron (ويقال أيضاً البوزيتون positon) مضاد الإلكترون. ويصنف الإلكترون مع اللبتونات leptons، وهي الجسيمات التي لا تدخل مع الجسيمات الأخرى إلا في التأثيرات المتبادلة الكهرمغنطيسية والتأثيرات المتبادلة النووية الضعيفة. وهو يسهم في معظم التحولات التي تطرأ على الجسيمات الأولية.

وللإلكترونات صفات موجيّة، شأنها في ذلك شأن باقي الجسيمات الدقيقة، فهي تنعرج (تحيد) عند الذرات والجسيمات. ويستفاد من هذه الخواص في استخدام المجهر الإلكتروني لدراسة الأجسام البالغة الدقة التي تستحيل رؤيتها بالمجاهر الضوئية.

لمحة تاريخية

أصل كلمة إلكترون يوناني (وهي تعني العنبر أو الكهرمان)، ويبدو أن الإيرلندي ج.ستوني G.Stoney هو أول من استعملها عام 1819. ومع أنه يصعب فصل تاريخ اكتشاف الإلكترون عن تاريخ الكهرباء المعروفة منذ العصور القديمة والتي أدت إلى تجارب متعددة في أواخر القرن الثامن عشر، يمكن القول إن تاريخ الإلكترون يبدأ باكتشاف و.كروكس W.Crookes الأشعة المهبطية عام 1893. ويعود الفضل إلى ج. ج. طُمْسون J.J.Thomson في إثبات وجود الإلكترون وتقدير كتلته. ثم تتالت أعمال طُمْسون وهرتز[ر] Hertz ولورنتز[ر] Lorentz التي أدت إلى تعيين شحنة الإلكترون النوعية (نسبة شحنته e إلى كتلته m) البالغة 1.76 × 1110 كولون/كغ. ثم قام ميليكان[ر] Millikan عام 1910 بإجراء تجربته الشهيرة التي تعتمد على جعل نقاط صغيرة جداً من الزيت، مشحونة بالكهرباء، تسقط بتأثير ثقلها بين مسريين electrodes أفقيين يمكن تغيير فرق الكمون بينهما، وتُستنتج كتلة نقطة الزيت من قياس سرعة سقوطها، وتُستنتج الشحنة التي تحملها بجعلها تتوازن بين المسريين باختيار فرق كمون مناسب بينهما. أما الشحنة العنصرية e فتُستنتج من دراسة عددٍ كبير من النقاط المختلفة كتلةً وشحنةً باعتبار أن شحنة أي نقطة ليست سوى مضاعفات صحيحة لهذه الشحنة العنصرية. ثم أتت تجارب رَذَرْفورد[ر] Rutherford عام 1911 لتثبت وجود نواة مشحونة بشحنة كهربائية موجبة في مركز الذرة. وسرعان ما تبين أن الإلكترونات السالبة تتوزع حول هذه النواة لتكوِّن الذرة المعتدلة كهربائياً. ثم تبين بعد ذلك ضرورة افتراض أن الإلكترونات لا تخضع لقوانين الكهرمغنطيسية التقليدية وأنها لا تشع طاقة في أثناء حركتها على مداراتها حول النواة. وقد قام ن.بور[ر] N.Bohr، بالاستناد إلى نظرية الكم[ر] quantum theory، بوضع نموذج الذرة المعروف باسمه. وتمَّ، بناءً على هذا النموذج، تفسير وظيفة الإلكترون في بنية الذرة وتوضيح منشأ الأطياف الضوئية التي تصدرها الذرات. وفي عام1925 بيّن ج.أولِنْبك G.Uhlenbeck وس.غودْ سميت S.Goudsmit أنه ينبغي أن يُعزى للإلكترون عزم اندفاع زاوي ذاتي سُمي سبين spin الإلكترون. وفي عام 1932 اكتشف أندرسون Anderson الإلكترون الموجب الذي كان ديراك Dirac قد تنبأ بوجوده في عام 1928 في دراسته النظرية المستندة إلى مبادئ ميكانيك الكم[ر] ومبادئ النظرية النسبية[ر].

كتلة الإلكترون وشحنته وأبعاده: تبلغ الكتلة السكونية للإلكترون وفق القياسات الحديثة القيمة

m0 =

9.1083×10 -31كغ=0.548763×10 -3   وحدة كتل ذرية (و ك ذ) (amu)

وتعادل هذه الكتلة الطاقة:

m0c2 =

0.510976 مليون إلكترون فلط (م إ ف) (MeV)

حيث c: سرعة الضوء في الخلاء

أما شحنة الإلكترون فتبلغ القيمة:

e=

1.60206×10 -19 كولون = -4.80286×10 -10 وحدة كهرساكنة (و ك س) (esu)

ويمكن الحصول على تقدير تقريبي للحد الأعلى لنصف قطر الإلكترون re بافتراض أن كتلته كلها ذات منشأ كهرمغناطيسي، ويكون

 

سبين الإلكترون وعزمه المغناطيسي الذاتي

 أدخل أولنْبك وغود سميت مفهوم سبين الإلكترون (أو اندفاعه الزاوي الذاتي) لتفسير بعض الحقائق التجريبية ومنها تضاعف بعض الخطوط الطيفية. وقد افترض هذان العالمان وجود اندفاع زاوي ذاتي للإلكترون إضافة لاندفاعه الزاوي المداري الناتج من حركته حول النواة. وافترضا أن هذا الاندفاع ناشئ عن دوران الإلكترون حول نفسه (ومن هنا أتت تسميته بالإنكليزية spin). إلا أن النظريات الحديثة تميل إلى احتمال أن له بنية داخلية معقدة ما تزال مجهولة، وذلك على الرغم من عدم وجود أي دلائل تجريبية على بنية الإلكترون حتى اليوم. وقد وُجد أن لسبين الإلكترون القيمة

 وh هي ثابتة بلانك Planck وتساوي 6.6256×10-34 جول ثانية. كما وُجد أنه لا يمكن أن يكون لمسقط متجهة السبين على منحى معين (وليكن المحور z) سوى إحدى  القيمتين

 وهذا ما يعبر عنه عادة بأن سبين الإلكترون يساوي  (مقدراً بواحدات )، وتخضع الإلكترونات بالتالي لإحصاء فِرمي ـ ديراك Fermi- Dirac، شأنها في ذلك شأن باقي الجسيمات التي يساوي سبينها SZ  أمثالاً فردية من     والتي يطلق عليها اسم فِرميونات fermions. لما كان الإلكترون جسيماً مشحوناً كهربائياً فإن وجود اندفاع زاوي ذاتي (سبين) له يستدعي وجود  مغنطيسي ذاتي μ. وتثبت التجربة وجود هذا العزم، وتبلغ قيمته

وتبلغ نسبة العزم المغنطيسي الذاتي إلى السبين ضعف قيمة نسبة العزم المغنطيسي المداري إلى عزم الاندفاع الزاوي المداري.

الإلكترون الموجب أوالبوزترون: وهو الجسيم المضاد للإلكترون، وهو لا يمكن أن يوجد في الطبيعة إلا مدة زمنية قصيرة جداً. وله كتلة سكونية تساوي تماماً كتلة الإلكترون وشحنة كهربائية موجبة تساوي شحنة الإلكترون بالقيمة المطلقة، وله سبين يساوي سبين الإلكترون. وهو كالإلكترون جسيم مستقر، وسلوكه مشابه تماماً لسلوك الإلكترون إنما مدة حياته صغيرة جداً لا تتجاوز 10-7 ثانية بسبب فنائه بمجرد التقائه أحد الإلكترونات. فحين يلتقي البوزترون الإلكترون يفنى الجسيمان مولدين طاقة كهرمغنطيسية بصورة أشعة غاما (γ):

وتساوي الطاقة المنطلقة ما يكافئ كتلتي الجسيْمين من الطاقة أي 2mc2، وهي من رتبة المليون إلكترون فُلط. ويصدُر البوزترون في أثناء النشاط الإشعاعي بيتا  βوفي تفاعلات الطاقة العالية، حيث تتحول طاقة أشعة غاما γ بجوار نوى الذرات إلى زوجين إلكترون وبوزترون.

تأثير الحقل الكهربائي في حركة الإلكترون

لما كانت للإلكترونات شحنة كهربائية فهي تكتسب تسارعاً في الحقل الكهربائي. ولكون الشحنة النوعية للإلكترون  كبيرة فإن تسارعه كبير حتى في الحقول الكهربائية الضعيفة. ويُحسب التسارع a الذي يكتسبه الإلكترون في الحقل الكهربائي E وفق قوانين المكانيك التقليدي من العلاقة:

 

أما السرعة V التي يكتسبها الإلكترون بفضل فرق كمون كهربائي V فتُحسب من مساواة الطاقة الكامنة التي يخسرها الإلكترون eV بالطاقة الحركية التي يكتسبها

 وتكون السرعة المكتسبة:

 

فإذا وضعت قيمة   للإلكترون في هذه العلاقة أمكن كتابة عبارة V بدلالة فرق الكمون V كما يلي:

 

حيث تقدر V بالفلط وv بالكيلو متر في الثانية. وتجدر الإشارة إلى أنه ابتداءً من سرعة معينة لا يجوز إهمال ازدياد الكتلة مع تزايد السرعة، وهو ما تمليه النظرية النسبية. وبالفعل حين يبلغ فرق الكمون المسرِّع 100 كيلو فلط يصبح الفرق بين السرعة المحسوبة وفق العلاقة (3) والسرعة الحقيقية من رتبة 20 بالمئة. أما إذا بلغ فرق الكمون مليون فلط فإن سرعة الإلكترون محسوبة وفق الميكانيك التقليدي (العلاقة 3) تبلغ 600 ألف كم/ثا في حين أنها في الواقع ليست سوى 282 ألف كم/ثا. أما إذا دخل إلكترون يتحرك بالسرعة V0 حقلاً كهربائياً مائلاً بالنسبة إلى V0، فإن متجهة سرعته الابتدائية هذه تضاف إلى متجهة السرعة v الناتجة من تأثير الحقل الكهربائي ويصبح مسار الإلكترون على شكل قطع مكافئ (الشكل1).

تأثير الحقل المغنطيسي في حركة الإلكترون

لما كان الإلكترون ذا شحنة كهربائية فإنه يخضع، حين يدخل مجال حقل تحريض مغنطيسي B بالسرعة V0، إلى قوة F عمودية على كل من منحني سرعته V0 ومنحى الحقل B. وتُعطى القوة هذه بالعلاقة المتجهية التالية:

 

فإذا كانت سرعة الإلكترون لدى دخوله مجال حقل التحريض عمودية على كان مقدار القوة مساوياً evB وكانت حركة الإلكترون وفق دائرة نصف قطرها

 

إن حقلاً مغنطيسياً ضعيفاً يمكن أن يؤدي إلى انحناءٍ ملحوظ في مسار الإلكترون: فمركبة الحقل المغنطيسي الأرضي الأفقية مثلاً تؤدي إلى جعل حركة الإلكترون المسرَّع بفرق كمون قدره 100 فلط حركة منحنية نصف قطرها 1.7 متراً. أما الحقل المغنطيسي الموازي لمنحى حركة الإلكترون فلا يؤثر في حركة الإلكترون إطلاقاً. وفي الحالة العامة يمكن تحليل سرعة  الإلكترون إلى مركّبتين إحداهما عمودية على الحقل  والأخرى موازية له. وتؤدي المركّبة العمودية إلى حركة الإلكترون الدائرية، في حين تؤدي المركّبة الموازية إلى حركة مستقيمة موازية للحقل. وتكون الحركة المحصّلة لولبية كما هو موضح في الشكل2.

خواص الإلكترون الموجيّة

لتفسير الظواهر الموجية للجسيمات وضع لوي دي بْروُي[ر] Louis de Broglie عام 1924 فرضية مفادها أن الجسيمات ذات طبيعة مثنوية (جسيميةـ موجية). وبحسب هذه الفرضية تواكب كلَّ جسيم متحرك موجةٌ، تدعى موجة دي بروي، يعطى طولها λ بالعلاقة:

 

حيث p: اندفاع الجسيم (كمية حركته) وE: طاقته الحركية وh: ثابتة بلانك.

وبهذا تواكب الإلكترون ذا الطاقة الحركية 100 إلكترون فلط موجةٌ طولها 0.12 نانو متر (أي 0.12×10-9 متر أو 1.2 أنغستروم).

ولما كان هذا الطول من مرتبة المسافة بين الذرات في البلورات، فيمكن إذن توقع حدوث انعراج حزمة إلكترونات كهذه عند البلورات شبيه بانعراج الأشعة السينية عندها. وبالفعل فقد حصل دافيسون C.J.Davisson وجيرْمَر L.H.Germer عام 1927 على انعراج حزمة إلكترونية على بلورة رقيقة من التوتياء.

حين تزداد طاقة الإلكترونات ينقص طول موجتها (العلاقة 5)، أما حين تزيد على حدود معينة (أكثر من 100 كيلو إلكترون فلط) فلا يعود طول الموجة المواكبة للإلكترون يتبع العلاقة البسيطة (5) ذاتها، إذ ينبغي حينئذٍ أخذ التصحيحات الناتجة عن النظرية النسبية بالحسبان. ويستفاد من إمكان إنقاص طول موجة الإلكترونات إلى حد بعيد في الكثير من التطبيقات المهمة، كالمجهر الإلكتروني.

البصريات الإلكترونية

وتشمل المبادئ العامة والعدسات الإلكترونية.

المبادئ العامة: تدرس البصريات الإلكترونية electron optics الشروطَ والقوانين اللازمة لتشكيل الحزم الإلكترونية أو الأيونية وانتشارها وتجميعها؛ ومعرفة هذه الشروط والقوانين ضرورية لتصميم الأجهزة البصرية الإلكترونية كالمجهر الإلكتروني والمطياف الكتلي ومسرِّعات الجسيمات المشحونة، والأنابيب التلفازية المستعملة على نطاق واسع في كثيرٍ من التقنيات والصناعات وفروع العلم.

تخضع الإلكترونات في حركتها، بسبب خواصها الجسيمية الموجيّة، لقوانين تشبه القوانين التي تخضع لها الأشعة الضوئية. إلا أنه على الرغم من هذا التشابه، توجد اختلافات عميقة تؤدي إلى صعوبة أكبر في تصميم الأجهزة البصرية الإلكترونية من ناحية، وتوفر من ناحية أخرى إمكانات كبيرة لدراسة ظواهر ذات أهمية بالغة، وتكمن هذه الاختلافات فيما يلي:

ـ ينتشر الشعاع الضوئي، عند خروجه من مصدر الإشعاع، بسرعة تميِّزه هي سرعة الضوء، في حين تخرج الإلكترونات من المادة التي تصدرها بسرعات صغيرة. وللحصول على حزم إلكترونية صالحة للاستعمال عملياً في الأجهزة الإلكترونية ينبغي تسريع هذه الإلكترونات، وهذا ما يتم التوصل إليه بالتأثير فيها بحقول كهربائية مناسبة.

ـ تعد مقدرة الفصل resolving power إحدى المميزات الأساسية للمجهر الضوئي، وهي محدودة من حيث المبدأ بطبيعة الضوء الموجيّة ذاتها. وتدل الدراسة النظرية لظاهرة انعراج الضوء[ر] diffraction على أن مقدرة الفصل الحدية للمجاهر هي:

 

حيث d: هي أصغر مسافة بين نقطتين يمكن فصلهما (أي تمييزهما) بوساطة المجهر، وλ: طول موجة الإشعاع الذي يضيئ الجسم المدروس بالمجهر، وn: قرينة انكسار الوسط الذي يوجد فيه الجسم المدروس، وα: زاوية فتحة المجهر aperture. ويدعى الجداء n sin α الفتحة العددية لجسمية المجهر وتبلغ قيمتها العظمى في أفضل المجاهر 6،.1 وتبلغ قيمة λ الوسطية للضوء المرئي 550 نانو متر تقريباً، مما يجعل أصغر مسافة فاصلة يمكن تمييزها بوساطة المجهر الضوئي 180 نانو متر على وجه التقريب. ولا يمكن تحسين مقدرة الفصل أكثر من ذلك إلا باستعمال أشعة ذات طول موجي أصغر. وهذا ما يمكن أن توفره الإلكترونات المتحركة بسرعة كبيرة في المجهر الإلكتروني، إذ إن طول الموجة المواكبة للإلكترون يعطى بالعلاقة (5) التي تبين أنه يمكن إنقاص طول موجة الإلكترون بزيادة طاقته الحركية أي بزيادة فرق الكمون المسرِّع للإلكترونات، وتراوح فروق الكمون المستعملة بين 50 كيلو فلط وعدة ملايين من الفلطات، مما يجعل طول موجة الإلكترون أصغر من طول موجة الضوء بآلاف المرات، وتصبح بذلك مقدرة الفصل في المجهر الإلكتروني أفضل منها في المجهر الضوئي بآلاف المرات.

ـ ينتشر شعاع الضوء المرئي عملياً من دون أي عائق في كثير من المواد الصلبة والسائلة والغازية التي توصف بأنها شفافة، أما الحزم الإلكترونية فلا يمكن أن تنتشر إلا في الخلاء. ولهذا السبب تكون كل الأجهزة البصرية الإلكترونية مفرغة من الهواء.

ـ ينتشر الشعاع الضوئي عادة وفق خط مستقيم ولا ينحرف عن مساره إلا عند السطح الفاصل بين الأوساط المختلفة أو نتيجة لتغير كثافة الوسط الذي ينتشر فيه. أما الحزم الإلكترونية المنتشرة بشكل مستقيم في الخلاء فتنحرف نتيجة لتأثرها بالحقول الكهربائية والمغنطيسية، وتصبح مسارات الإلكترونات، عموماً، مسارات منحنية في هذه الحقول.

العدسات الإلكترونية

 إن تأثير الحقول العرضية (الكهربائية والمغنطيسية) في الإلكترونات يشبه تأثير المواشير الزجاجية في الأشعة الضوئية، إذ يقتصر فعل هذه الحقول على حرف الحزم الإلكترونية فحسب. أما تجميعها فيمكن أن يتم بوساطة الحقول الكهربائية والمغنطيسية التي تتصف بالتناظر الدوراني بالنسبة لمحور الجهاز البصري الإلكتروني. وتتميز هذه الحقول بأن درجة انحراف الإلكترونات فيها تزداد بازدياد البعد عن المحور المذكور. ويتم الحصول عليها بأجهزة خاصة تدعى العدسات تشبيهاً بعدسات البصريات الضوئية، ويُميَّز منها العدسات الكهربائية الساكنة والعدسات المغنطيسية. وليس من السهل تعيين مسار الإلكترونات في هذه الحقول (وهو أمر ضروري لتعيين وسطاء العدسة الأساسية كالبعد المحرقي (البؤري) والمستويات الأصلية) ذلك لأن شدة الحقول ليست ثابتة، كما هو الحال في الحقول المنتظمة، وإنما تتغير تغيراً مستمراً من نقطة لأخرى. ولإيجاد مسار الإلكترون في هذه الحالة يقسم الفضاء بين أي مسريين مشحونين إلى أقسام بوساطة عدد من سطوح سوية الكمون التي يعتمد عددها على الدقة المطلوبة. ثم يُحدد الانحراف الذي يعانيه الإلكترون من سطح سوية كمون إلى سطح آخر. ويتم، على هذا النحو، إيجاد مسار الإلكترون نقطة فنقطة بافتراض أنه يتحرك حركة مستقيمة بين نقطتين متتاليتين.

أـ العدسات الإلكترونية الكهرساكنة: تتألف العدسة الإلكترونية الكهرساكنة من مجموعة صفائح معدنية (مسارٍ) electrodes ذات فتحات دائرية تقع مراكزها على محور الجملة الإلكترونية البصرية. ويعتمد البعد المحرقي للعدسة على سرعة الإلكترونات التي تجتازها وعلى الوسطاء الهندسية للعدسة (أقطار الفتحات، ثخن الصفائح، المسافات بينها) وعلى الوسطاء الكهربائية (فروق الكمون بين المساري). إن أبسط عدسة إلكترونية كهرساكنة هي المؤلفة من صفيحة واحدة ذات فتحة مستديرة، وهي الصفيحة D في الشكل (3) التي توضع بين مسريين A وC مستويين ومتوازيين وفرق الكمون بينهما V2+ (باعتبار أن كمون المسرى C صفر). فإذا جعل كمون الصفيحة D مختلفاً عن قيمته في مكانها قبل وضعها فيه فإن شكل سطوح سوية الكمون وتوزعها بين A وC يتغيران، فبدلاً من أن تكون هذه السطوح مستوية متوازية ويكون انتشار الإلكترونات الناظمية عليها مستقيماً، تصبح سطوح سوية الكمون منحنية وتصبح حزمة الإلكترونات المتوازية إما متباعدة أو متقاربة حسبما يكون كمون الصفيحة D، وليكن V1 أكبر من V2-V1 (الشكل 3) أو أصغر منه (الشكل 4). وفي كلتا الحالتين يمكن التحكم في مدى تقارب الحزمة أو تباعدها بوساطة تغيير الكمون V1.

ثمة نوع آخر من العدسات الإلكترونية الكهرساكنة تتألف العدسة فيه من ثلاثة مسار A وB وC (الشكل 5). وغالباً ما يجعل للمسريين A وC الكمون نفسه (وتدعى العدسة عندئذٍ متناظرة) في حين يجعل كمون B أخفض. ويكون تقارب الحزمة الإلكترونية تابعاً للنسبة بين كمونات المساري.

 

أما العدسات المحورية فتتألف من مسريين أسطوانيين A وB بينهما فراغ صغير؛ يُجعل كمون المسريين موجباً بالنسبة إلى المهبط cathode الذي تصدر عنه حزمة الإلكترونات، ويُجعل كمون المسرى الثاني B أعلى من كمون الأول A (الشكل 6) وتكون الجملة متناظرة تماماً بالنسبة إلى سطح سوية الكمون الوسطي مما يؤدي إلى تغير جهة مركِّبة سرعة الإلكترون القطرية فجأة لدى الانتقال من النصف الأول (الأيسر في الشكل 6) إلى النصف الثاني (الأيمن). ولما كانت الإلكترونات المسرِّعة تقطع، في أثناء مرورها من العدسة، النصف الثاني بسرعة أكبر من السرعة التي تقطع بها النصف الأول، فهي تخضع لتأثير الحقل الكهربائي فيه في أثناء زمن أقل، مما يؤدي إلى أن تتقارب الحزمة الإلكترونية في النتيجة. ويمكن التحكم في قدرة العدسة على التجميع بتغيير كمون A وB.

 

ب ـ العدسات الإلكترونية المغنطيسية: وتتألف عادة من أسلاك ملفوفة على هيئة وشائع تُجعل لفاتها الدائرية متناظرة بالنسبة للمحور البصري للجملة الإلكترونية البصرية. وتكون الوشائع محاطة بغلاف حديدي ذي شق حلقي يفصل بين نواتيْ القطبين. وتؤلف الوشائع لدى إمرار تيار كهربائي مستمر فيها مغنطيساً كهربائياً، وتزداد مقدرة العدسة على حرف الإلكترونات ـ ذات السرعة المعينة ـ بزيادة شدة التيار المار في الوشائع، كما تزداد بإنقاص المسافة بين النواتين.

تتألف أبسط عدسة مغنطيسية من سلك على هيئة عروة دائرية يمر فيها تيار مستمر، ويخضع الإلكترون المار من العروة لقوة مغنطيسية تسبب دورانه حول محور العروة مما يجعله ينحرف مقترباً من هذا المحور، ويتناسب مقدار الانحراف مع بعد الإلكترون عن المحور. فبهذه الطريقة تتجمع حزمة ضيقة من الإلكترونات صادرة من نقطة جسمية O في نقطة A هي خيال النقطة  O (الشكل 7)، فالأمر شبيه بما يحدث للأشعة الضوئية في المنظار الفلكي أو المجهر. ويمكن أن يطبق في هذه الحالة قانون العدسة المقربة

 

حيث p: بعد الجسم عن العدسة، و: بعد خياله منها، وf: البعد المحرقي للعدسة، وقد تبين عمليـاً أن الإلكترونات الصادرة من الجسم O والتي تتبع مسارات شديدة الميل على محور الجملة لا تتجمع كلها في نقطة واحدة، أي يحدث زيغ حقيقي كما هو الأمر في العدسات الضوئية ولا يكون خيال النقطة نقطة بل بقعة صغيرة.

 

 

بسام المعصراني

 

 

الموضوعات ذات الصلة

 

الإلكترونيات ـ الانعراج ـ الجسيمات الأولية ـ السبين ـ المجهر الالكتروني ـ الميكانيك الموجي ـ النسبية.

 

مراجع للاستزادة

 

ـ بيير فلوري وجان بول ماتيو، الفيزياء العامة والتجريبية، الكتاب الثاني، ترجمة وجيه السمان وأدهم السمان وعبد الرزاق قدورة وواثق شهيد (المجلس الأعلى للعلوم، دمشق 1971).

- G.DUYPOUY, Élement d'optique électronique (A.Colin 1951).

 



رقم صفحه البحث ضمن المجلد:324