静电四极透镜英文解释翻译、静电四极透镜的近义词、反义词、例句

英语翻译：

【电】 electrostatic quadrupole lens

分词翻译：

静电的英语翻译：

static
【计】 xerocoty
【医】 franklinism; static electricity

四极的英语翻译：

【化】 quadrupole

透镜的英语翻译：

glass; lens
【化】 lens
【医】 lens; phaco-; phako-

专业解析

静电四极透镜（Electrostatic Quadrupole Lens）是一种利用静电场对带电粒子束进行聚焦和操控的装置。其核心原理是通过特定几何形状的电极产生四极对称的静电场分布，该电场在横截面上呈双曲线分布，从而对带电粒子施加与偏离轴线距离成正比的恢复力，实现束流的聚焦、散焦或形状控制。以下是详细解释：

一、术语构成与物理原理

静电（Electrostatic）
指利用静止电荷产生的电场（库仑场）作用于带电粒子，与随时间变化的电磁场不同，静电场不产生磁场分量。
四极（Quadrupole）
指电极系统的对称性：由四个交替极性的电极（两对正负电极）构成，横截面呈双曲线形状（图1）。其电场分布满足： $$ E_x = -k x, quad E_y = k y $$ 其中 ( k ) 为场梯度，该分布使粒子在x方向受聚焦力，y方向受散焦力（或反之），形成正交方向的聚焦效应。
透镜（Lens）
类比光学透镜对光线的偏折作用，四极透镜通过电场梯度改变带电粒子的运动轨迹，实现束流截面尺寸与发散角的调控。

二、核心功能与应用场景

束流操控
- 聚焦/散焦：通过调整电极电压极性，控制粒子束在相互垂直方向的聚焦与发散。
- 束流整形：矫正束流截面椭圆度，抑制空间电荷效应导致的束流展宽。
- 传输系统：用于粒子加速器、电子显微镜、离子注入机等设备的束流传输线中，维持束流品质。

与磁四极透镜对比

特性	静电四极透镜	磁四极透镜
作用力	静电力（依赖粒子电荷）	洛伦兹力（依赖粒子速度）
适用粒子	低能离子、电子	高能带电粒子（尤其相对论粒子）
能耗	低（无线圈损耗）	高（需励磁电流）
响应速度	快（电场瞬时建立）	慢（受电感限制）

三、设计参数与性能指标

场梯度（( k ))：决定聚焦强度的关键参数，与电极电压 ( V ) 和孔径 ( r_0 ) 相关：
$$ k propto frac{V}{r_0} $$

聚焦强度（( g ))：定义为 ( g = frac{q k}{m v} )，其中 ( q/m ) 为粒子的荷质比，( v ) 为速度。
透镜长度（( L ))：短透镜（( L ll ) 粒子轨迹焦距）与长透镜的聚焦模型不同。

四、典型应用案例

低能离子束聚焦：在半导体离子注入机中，静电四极透镜用于精确控制注入深度与剂量分布（来源：IEEE Transactions on Plasma Science）。
电子束斑压缩：电子探针设备中减小束斑尺寸，提升空间分辨率（来源：Journal of Vacuum Science & Technology）。
等离子体诊断：引导离子束至探测器，实现聚变装置中的粒子通量测量（来源：Nuclear Fusion期刊）。

五、权威参考文献

术语定义：
- Handbook of Accelerator Physics and Engineering (World Scientific, 2013) 第2.1.5节 "Electrostatic Lenses"。
物理模型：
- E. Harting, F. H. Read, Electrostatic Lenses (Elsevier, 1976) 第4章 "Quadrupole Lenses"。
应用技术：
- M. Reiser, Theory and Design of Charged Particle Beams (Wiley, 2008) 第6.4节 "Electrostatic Quadrupole Systems"。

注：因搜索结果未提供直接可引用的网页链接，以上内容依据粒子加速器与带电粒子光学领域的经典文献归纳撰写，建议用户通过学术数据库（如IEEE Xplore、ScienceDirect）检索上述文献获取完整细节。

网络扩展解释

静电四极透镜是一种用于控制和聚焦带电粒子束的装置，主要应用于粒子加速器、电子显微镜等领域。其核心原理是通过静电场产生的四极场分布，实现对带电粒子的横向运动调节。以下是详细解释：

基本结构与原理
静电四极透镜由四个对称排列的电极构成，相邻电极极性相反（如两对正负交替的电极），形成四极对称的静电场。这种场分布可对带电粒子产生横向聚焦和散焦作用：在一个方向（如水平方向）上聚焦粒子，同时在垂直方向上散焦粒子，反之亦然。
数学分析方法
研究中常采用Lie代数方法分析粒子的非线性传输特性。通过建立粒子运动的Hamilton函数，推导三级近似下的传输方程，描述粒子轨迹的微小偏差和能量变化。
应用与挑战
例如在静电偏转阴极射线管中，四极透镜结合球形网结构可减少几何畸变并改善扫描线性。但实际应用中需考虑边缘场效应，可能导致场分布偏离理想状态，影响聚焦性能。
与磁四极透镜的区别
静电四极透镜依赖静电力，适用于低能粒子束；而磁四极透镜通过磁场作用，更适合高能粒子。两者在粒子加速器中常配合使用以实现复杂束流控制。

总结来看，静电四极透镜通过静电场调控粒子运动，其设计与分析涉及复杂的数学建模和工程优化，是带电粒子光学系统中的关键组件之一。