Detail předmětu
Částicová optika
FSI-TCOAk. rok: 2010/2011
Kurz se zabývá problematikou optiky nabitých částic ve fokusačních a vychylovacích systémech a spektrometrech. Jsou charakterizovány zdroje elektronů a iontů, optické prvky a systémy přístrojů a zařízení využívající svazky nabitých částic.
Jazyk výuky
čeština
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Umožní prohloubit znalosti o chování nabitých částic v elektromagnetických polích, chování elektronových a iontových čoček a spektrometrů a o moderních aplikacích nabitých částic využívaných současnými moderními technologiemi.
Prerekvizity
Znalosti elektromagnetismu na úrovni učebnice HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika, VUTIUM, Brno 2001.
MATEMATIKA: Základy vektorové analýzy.
MATEMATIKA: Základy vektorové analýzy.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.
Způsob a kritéria hodnocení
Aktivní účast na cvičení, zpracování příkladů a protokolu. Zkouška je ústní a skládá se ze dvou otázek z předem zadaného seznamu, k třicetiminutové přípravě je možno použít jakoukoliv literaturu včetně vlastních poznámek z přednášek.
Učební cíle
Cílem kurzu je umožnit studentům prohoubit si znalosti funkcí nejdůležitějších technologických přístrojů používaných v oblasti fyziky povrchů a pevných látek.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Povinná účast na cvičeních, písemné zpracování příkladů. Protokol o výpočtech elektronových čoček prostřednictvím CAD programů.
Základní literatura
B. Lencová, M. Lenc: Optika iontových svazků. Metody analýzy povrchů. Iontové, sondové a speciální metody. (L. Frank, J.Král, ed.), Academia 2002, 65-103.
B. Sedlák, I. Štoll: Elektřina a magnetismus. Academia 1993.
M. Lenc, B. Lencová: Optické prvky elektronových mikroskopů. Metody analýzy povrchů. Elektronová mikroskopie a difrakce. (L. Eckertová, L. Frank ed.), Academia 1996.
B. Sedlák, I. Štoll: Elektřina a magnetismus. Academia 1993.
M. Lenc, B. Lencová: Optické prvky elektronových mikroskopů. Metody analýzy povrchů. Elektronová mikroskopie a difrakce. (L. Eckertová, L. Frank ed.), Academia 1996.
Doporučená literatura
B. Urgošík: Dynamické hmotové spektrometry. SNTL 1972.
S. Humphries, Jr.: Charged Particle Beams. J. Wiley 1990.
V. Hulínský a K. Jurek: Zkoumání látek elektronovým paprskem. SNTL 1982.
S. Humphries, Jr.: Charged Particle Beams. J. Wiley 1990.
V. Hulínský a K. Jurek: Zkoumání látek elektronovým paprskem. SNTL 1982.
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Přehled přístrojů využívajících svazky nabitých částic pro studium složení a struktury látek.
Vlnové a relativistické vlastnosti částic. Pohybová rovnice pro nabité částice v elektrických a magnetických polích.
Kvalitativní popis elektrostatické a magnetické čočky a deflektoru.
Rozvoj potenciálu v blízkosti osy. Realizace multipólů pro částicovou optiku.
Obecné vyjádření rovnice trajektorie, paraxiální rovnice pro rotačně souměrnou a kvadrupólovou čočku, vlastnosti čočky s vychylovacími systémy.
Optické vady systémů v částicové optice.
Transport částic - použití maticového popisu. Popis částicové optiky pomocí variačního principu (Lagrangeova funkce, index lomu) a Hamiltonových rovnic.
Základní numerické metody výpočtu rozložení potenciálu a jejich charakteristika.
Zdroje elektronů a iontů. Základní vlastnosti a použití.
Rastrovací elektronový mikroskop - princip tvorby obrazu, hloubka ostrosti, závislost proudu ve stopě na velikosti stopy. Prozařovací mikroskop – rozlišení.
Elektronové a iontové spektrometry - základní typy a vlastnosti.
Vlnové a relativistické vlastnosti částic. Pohybová rovnice pro nabité částice v elektrických a magnetických polích.
Kvalitativní popis elektrostatické a magnetické čočky a deflektoru.
Rozvoj potenciálu v blízkosti osy. Realizace multipólů pro částicovou optiku.
Obecné vyjádření rovnice trajektorie, paraxiální rovnice pro rotačně souměrnou a kvadrupólovou čočku, vlastnosti čočky s vychylovacími systémy.
Optické vady systémů v částicové optice.
Transport částic - použití maticového popisu. Popis částicové optiky pomocí variačního principu (Lagrangeova funkce, index lomu) a Hamiltonových rovnic.
Základní numerické metody výpočtu rozložení potenciálu a jejich charakteristika.
Zdroje elektronů a iontů. Základní vlastnosti a použití.
Rastrovací elektronový mikroskop - princip tvorby obrazu, hloubka ostrosti, závislost proudu ve stopě na velikosti stopy. Prozařovací mikroskop – rozlišení.
Elektronové a iontové spektrometry - základní typy a vlastnosti.
Cvičení
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Exkurze do laboratoří ÚPT AV ČR. Propočtení příkladů, které dovolují výpočet rychlosti, vlnové délky a hmotnosti relativistické částice a jejich pohybu v jednoduchých polích. Určení optických vlastností modelových polí. Počítačový návrh čočky na PC, numerický výpočet optických vlastností.