Ionenbewegung in Feldern

Als optische Elemente zur Strahlablenkung und Fokussierung von Ionen (und Elektronen) werden Linsen sowie Ablenker eingesetzt. Zunächst wird beschrieben, wie die elektrostatischen bzw. magnetischen Felder dieser Elemente die Ionenbahnen beeinflussen.
Elektrostatische Ablenkung 301
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Elektrostatische Ablenkung

Durchläuft ein Ion ein elektrisches Feld in Richtung der Feldlinien, wird es beschleunigt. Gebremst wird es, wenn es gegen die Feldlinien läuft. Bewegt sich das Ion quer zu den Feldlinien, wird es aus seiner ursprünglichen Bahn abgelenkt, wie im Bild dargestellt. Außerhalb des elektrischen Feldes verläuft die Teilchenbahn gradlinig. Ursache der Bewegungsänderung ist die elektrostatische Wechsel- wirkung zwischen dem Feld des geladenen Teilchens und dem äußeren elektrostatischen Feld.Das Ion bewegt sich wie ein Geschoss im Feld der Erdanziehung  auf einer Parabelbahn.

Elektromagnetische Ablenkung 302
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Elektromagnetische Ablenkung

Quer in ein Magnetfeld fliegende positive Ionen bewegen sich innerhalb des Feldes auf Kreisbahnen, wie im Bild. Ursache hierfür ist Lorentzkraft, die wie folgt veranschaulicht werden kann: das bewegte Ion umgibt sich mit einem ringförmigen Magnetfeld (wie ein stromdurchflossener Leiter). Das äußere Magnetfeld (schwarze Feldlinien) und das Eigenfeld des bewegten Ions (grüne Feldlinien) bewirken hier eine Querkraft, die das Ions auf die Kreisbahn zwingt.Die Kreisbahn wird zur Spiralbahn, wenn das Ion nicht genau senkrecht zu den Magnetfeldlinien startet.

 
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