¿Cómo funciona un condensador de haz de electrones?

Las lentes magnéticas que se usan en la microscopía electrónica se ven muy diferentes de las que se usan para los aceleradores de partículas (donde los imanes de cuadrupolo son comunes) y en realidad enfocan todas las direcciones simétricamente:

La lente consiste en una bobina dentro de un ferroimán en forma de manto de dona. Por lo tanto, la fuerza del campo magnético es más alta cerca de la rosquilla y disminuye hacia el centro. En la región de enfoque en el centro, el campo ideal tiene un máximo en el plano central. Por lo tanto, se puede imaginar que los electrones descentrados son empujados hacia los lados antes del plano central, hacia adentro en el plano central y su movimiento lateral se invierte detrás del plano central. (De manera similar a cómo funcionan los espejos magnéticos , simplemente no es lo suficientemente fuerte como para invertir su trayectoria de vuelo).

Aunque este tipo de lente magnética es muy simple y enfoca ambas direcciones a la vez, tiene una aberración esférica bastante alta , ya que el campo en el borde tiene su máximo por encima y por debajo del plano central. Eso requiere que el imán esté bastante lejos del haz de partículas, lo que hace que la lente sea bastante ineficiente y prácticamente inutilizable en los aceleradores de partículas. Los imanes multipolares tienen una aberración esférica mucho menor y se pueden construir de forma más pequeña y eficiente.

En realidad, no estoy familiarizado con la construcción de estos microscopios, pero la mayoría de los dispositivos que utilizan un haz de partículas cargadas enfocado se basan en imanes de cuadrupolo ¹ para mantener el control del tamaño y la forma del haz.

Vale la pena señalar que un cuadrupolo que enfoca el haz en un plano tiende a desenfocarlo en un plano ortogonal, pero al usar conjuntos de múltiples cuadrupolos es posible controlar la dispersión del haz en todas las direcciones.

¹ Cuatro imanes dispuestos en ángulo recto en un plano normal al haz, con dos imanes opuestos mostrando sus polos norte y los otros dos mostrando sus polos sur. Esta disposición tiene un campo cero en el centro y un campo más fuerte más lejos del centro: justo lo que desea permitir que el núcleo del haz continúe mientras ajusta el halo.