Feixes de elétrons no vácuo são dirigidos quase exclusivamente por campos magnéticos. Aqui está a física e o hardware.
Por Que Campos Magnéticos Vencem
A força de Lorentz em uma partícula carregada:
F = q(E + v × B)
- Campo elétrico (E): Força paralela a E. Acelera o elétron, mudando sua energia e velocidade. Difícil confinar à distância — o elétron sai rápido da região do campo ou atinge um eletrodo.
- Campo magnético (B): Força perpendicular a ambos v e B (F = q v B sen θ). Não realiza trabalho (F ⊥ v), então a energia cinética permanece constante. Apenas a direção muda — perfeito para curvar um feixe num caminho curvo sem perda de energia.
Como Funciona a Curvatura Magnética
- Bobinas (eletroímãs): Enrolamentos moldados (dipolo, quadrupolo, sextupolo) criam perfis de campo B sob medida.
- Feixe entra na região do campo: Elétrons sofrem força centrípeta F = e v B = m v² / ρ.
- Raio de curvatura: ρ = m v / (e B) = p / (e B) — momento sobre produto carga-campo.
- Resultado: Trajetória circular ou helicoidal. Variando B ao longo do caminho, você foca, dirige ou comprime o feixe.
Aplicações Principais
| Aplicação | Elemento Magnético | Função |
|---|
| CRT / Osciloscópio | Yoke de deflexão (bobinas sela) | Varredura raster: correntes dente-de-serra X/Y varrem feixe |
| Microscópio Eletrônico (SEM/TEM) | Lentes magnéticas (solenoides) | Foca feixe em spot nm; bobinas de varredura para imagem |
| Acelerador de Partículas (síncrotron, ciclotron) | Ímãs dipolo (curvatura), quadrupolos (foco) | Guia feixes GeV-TeV em anéis de km |
| Litografia por Feixe-e | Bobinas de deflexão + foco | Escreve padrões nm em resist |
| Laser de Elétrons Livres | Undulator (B alternado) | Faz feixe oscilar → radiação coerente |
Campos Elétricos Ainda Têm Papéis
- Lentes/defletores eletrostáticos: Feixes de baixa energia (<10 keV), sistemas compactos, comutação rápida (sem indutância).
- Análise de energia: Analisadores hemisféricos/cilíndricos (ESA) selecionam por energia cinética.
- Picotamento/blanking do feixe: Desvio rápido por campo E através de abertura.
Mas para alta energia, longo percurso, direção precisa — o magnético domina.
Nota Prática
Sistemas reais combinam ambos: canhões eletrostáticos (emissão, aceleração inicial) → transporte/lentes magnéticas → foco/blanking eletrostático final. A "rigidez magnética" Bρ = p/q é o parâmetro central de projeto.
