静電偏向

電磁気学において、静電偏向とは、粒子の進路に対して横方向に電界を印加して荷電粒子の進路を変更する方法を指します。この手法は、印加電界の強度と方向が粒子が電界を通過する時間に比べてゆっくりと変化するため、どの粒子に対しても変化しない（静的である）とみなすことができることから、静電偏向と呼ばれます。

ローレンツ力は、静電偏向におけるあらゆる荷電粒子に作用します。静電偏向は、場を電場に限定することにより、この一般的な効果の特別で単純化されたケースを使用します。電場は、場の強さと粒子の電荷に比例する力を粒子に加えます。適用される力の方向は、正電荷の場合は電場の方向と同じで、負電荷の場合は反対です。静電偏向の場合、適用される電場は、流れの初期方向に対して垂直な平面内に位置するように配置されます。粒子は、粒子の電荷に比例してこの力によって加速されます。粒子がたどる経路は、偏向場に入ったときの横方向の加速度と速度によって決まります。したがって、方向を適切に制御するには、流れ内の粒子の電荷対質量比が均一であり、粒子が均一な速度で移動することが重要です。

この技術の最も一般的な用途は、真空中の電子流の経路を制御することである。1つの用途は、オシロスコープ用の小型ブラウン管である。これらの管では、電子流がその間を流れる2組の直角に取り付けられた電極対によって電界が形成される。この配置により、ビームを2次元（通常は上下（垂直）および左右（水平）として認識される）で個別に偏向させることができる。電極は一般に偏向板と呼ばれる。伝統的に、電子は最初に垂直偏向板を通過し、水平偏向板と比較して垂直偏向板から蛍光体スクリーンまでの移動時間が長いため、わずかに高い感度が得られる。^[1]超高速オシロスコープでは、偏向板は一連のサブプレートと電気遅延線を組み合わせた複雑な構造であることが多い。電気信号の伝播速度を電子の移動速度に一致させることで、最大帯域幅（周波数応答）が達成された。

この技術は、上で述べたように、十分に均一な流れが作り出せる場合にはいつでもうまく機能します。そのため、例えば 蛍光活性化細胞選別などのマクロ粒子の流れを制御する際にも使用されています。また、インクジェット プリンターの一種にも応用されています。

静電偏向は、小さな偏向角には非常に便利ですが、荷電粒子ビームを大きな角度、たとえば 10 度以上に偏向させるには磁気偏向よりも劣ることがよく知られています。その理由は、偏向角が大きくなるにつれて偏向収差が大きくなるためです。これにより、ビームを細かく焦点を合わせる能力が低下します。また、静電偏向では、フリンジ フィールドをできるだけ回避するために、荷電偏向プレートの中間にビームを注入することが長い間行われてきました。しかし、計算方法により、ビームを吸引プレートに向かってオフセットで注入すると、偏向収差が大幅に減少することがわかりました。そのようにすると、ビームは等電位線に従う傾向があり、偏向力はビームの方向に対して垂直になります。このようにオフセットすると、ビーム内のすべての電子が同じ角度に偏向されます。修正可能な誘導非点収差があります。この偏向のアイデアはテストされ、検証されています。測定可能な偏向収差なしで 50 度の偏向角が可能であると報告されています。最適な入射オフセットは偏向板に向かってプレートギャップの約1/3です。有効なビーム径もギャップの約1/3です。^[2]

• Wolfgang Bauer による電子ビームの静電偏向に関するインタラクティブ Java アプレット

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