Wien-filter

En Wien-filterhastighetsvelger

Et Wien-filter, også kjent som hastighetsvelger, er et instrument som består av vinkelrette elektriske og magnetiske felt som kan brukes som et hastighetsfilter for ladede partikler, for eksempel i elektronmikroskop og spektrometre. Den brukes i akseleratormassespektrometri for å velge partikler basert på hastigheten. Enheten er sammensatt av ortogonale elektriske og magnetiske felt, slik at partikler med riktig hastighet ikke vil bli påvirket mens andre partikler vil bli avbøyd. Den er oppkalt etter Wilhelm Wien som utviklet den i 1898 for studiet av anodestråler. Den kan konfigureres som en ladet partikkelenergianalysator, monokromator eller massespektrometer.

Teori

Enhver ladet partikkel i et elektrisk felt vil føle en kraft proporsjonal med ladningen og feltstyrken slik at $\overrightarrow{F}=q\overrightarrow{E}$, hvor F er kraft, q er ladning og E er elektrisk feltstyrke. Tilsvarende vil enhver partikkel som beveger seg i et magnetfelt føle en kraft proporsjonal med hastigheten og ladningen til partikkelen. Kraften som føles av en hvilken som helst partikkel er da lik $\overrightarrow{F}=q\overrightarrow{v}\times \overrightarrow{B}$, hvor F er kraft, q er ladningen på partikkelen, v er partikkelens hastighet, B er styrken til magnetfeltet, og $\times$ er kryssproduktet. Når det gjelder en hastighetsvelger, er magnetfeltet alltid 90 grader i forhold til hastigheten, og kraften er forenklet til $F=qvB$ i retningen beskrevet av kryssproduktet.

Ved å sette de to kreftene til lik størrelse i motsatte retninger kan det vises at $\frac{E}{B}=v$. Hvilket betyr at enhver kombinasjon av elektrisk ($\overrightarrow{E}$) og magnetisk ($\overrightarrow{B}$) felt tillater ladede partikler med bare hastighet $\overrightarrow{v}$ gjennom.