Detail předmětu

Částicová optika

FSI-TCOAk. rok: 2018/2019

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. Kromě praktického provedení jednotlivých prvků částicově optických systémů je důraz kladen také na teorii zobrazení a vad těchto systémů tak, aby studenti byli schopni efektivně využívat prostředky pro návrh těchto systémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav fyzikálního inženýrství (ÚFI)

Výsledky učení předmětu

Prohloubení znalostí o chování nabitých částic v elektromagnetických polích. Přehled použití elektronových a iontových čoček a spektrometrů využívaných současnými moderními technologiemi a jejich aplikace.

Prerekvizity

Znalosti elektromagnetismu na úrovni učebnice HALLIDAY, D. - RESNICK, R. - WALKER, J.: Fyzika, VUTIUM, Brno 2001.
MATEMATIKA: Základy vektorové analýzy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.

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 programu EOD.

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.
J. Orloff (ed.), Handbook of Charged Particle Optics. CRC Press, 2008. (EN)
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.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program M2A-P magisterský navazující

    obor M-FIN , 2 ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-PMO , 2 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc.

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.
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. Elektronový litograf.
Prozařovací mikroskop - konstrukce a parametry, tvorba obrazu a kontrastu, difrakce, rastrovací prozařovací mikroskop.
Elektronové a iontové spektrometry - základní typy a vlastnosti.

Cvičení

14 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jakub Zlámal, Ph.D.

Osnova

Pohyb elektronu v homogenním elektrickém a magnetickém poli
Odvození rovnice trajektorie a paraxiální rovnice
Rozvoj potenciálu v blízkosti osy
Geometrické vady 3. řádu elektrostatické a magnetické čočky
Sférická vada magnetické čočky

Cvičení s počítačovou podporou

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc.

Osnova

Aberační polynom - znázornění vad, vlastnosti jednotlivých vad a možnosti jejich potlačení. Velikost stopy - rozlišení
Metoda konečných prvků - ukázka řešení 1D elektrostatického pole
Úvod k programu EOD (Electron Optical Design)
EOD - elektrostatická čočka: design čočky, fokusace, výpočty vad
EOD - magnetická čočka, deflektory
Práce na projektu