Управление электронным потоком

Читать все новости

Потоком электрически заряженных частиц – электронов или ионов – называется упорядоченное движение какого-то количества этих частиц в определенном направлении. Понятие потока в данном случае противопоставляется понятию хаотического движения частиц в разные стороны, в котором отсутствует какая-либо преимущественная направленность. Чтобы внести полную ясность в понятие «поток», следует отметить, что оно вовсе не означает обязательное движение всех образующих его частиц в одном   и том же направлении. Например, электроны, излучаемые катодом, не движутся в одном направлении, они разлетаются от катода во все стороны в направлениях, примерно перпендикулярных поверхности катода в точках их вылета. Но это движение есть упорядочное – движение от центра к окружности.

Как можно управлять таким потоком? Очевидно, тремя способами: увеличением или уменьшением скорости их движения и изменением направления их движения. Последнее действие может быть двояким: можно изменять направление движения всего потока в целом и можно изменять направление движения отдельных частиц так, чтобы поток становился сходящимся, расходящимся или параллельным. Изменение направления всего потока в целом называется его отклонением, а преобразование потока в параллельный, сходящийся или расходящийся пучок называется фокусированием.

Таким образом, под термином «управление потоком заряженных частиц» мы будем понимать изменение числа движущихся частиц (изменение интенсивности или «густоты» потока), изменение их скорости, их отклонение и фокусировку. Эти способы управляющего воздействия на поток заряженных частиц могут применяться как порознь, так и в различных сочетаниях.

Наиболее просто осуществить управление электронным (ионным) потоком путем увеличения или уменьшения эмиссии излучателя (катода). Этим способом можно изменять число электронов в потоке, т. е. его величину. Например, в тех вакуумных приборах, в которых электронный поток получается путем нагревания катода, величина потока зависит от температуры катода. При увеличении тока накала нагрев катода увеличится и эмиссия возрастет. При уменьшении тока накала нагрев катода увеличится и эмиссия возрастет. При уменьшении тока накала температура катода понизится и число вылетающих из него электронов станет меньше.1

Управление электронным потоком путем изменения его величины широко используется в вакуумных приборах с фотоэмиссией. Величина эмиссии в этих приборах зависит от степени освещенности фотокатода. Работа большинства приборов этого рода основана именно на изменении величины эмиссии и, следовательно, величины электронного потока в соответствии с изменением освещения катода.

Этот же способ управления применяется и в тех приборах, в которых используется вторичный электронный поток, созданный в результате электронной бомбардировки металла. Здесь управление вторичным электронным потоком сводится к изменению его величины посредством выбивания большего или меньшего количества вторичных электронов. В численно наибольшей группе вакуумных приборов – с термоэмиссией подобный способу управления электронным потоком не применяется. Объясняется это тем, что между изменениями величины подогревающего катод тока и температуры катода происходит значительное запаздывание, тогда как изменение величины эмиссии фотокатода или величины вторичного потока электронов следует за изменениями освещенности или величины первичного потока электронов практически без всякого запаздывания, а это имеет исключительно важное значение для работы электровакуумных приборов.

Управление электронными и ионными потоками очень удобно производить при помощи электрического и магнитного полей.

Электрон является частицей отрицательного заряда. Как известно, между электрическими зарядами различных знаков наблюдается определенное взаимодействие: разноименные заряды притягиваются друг к другу, а одноименные отталкиваются друг от друга. Поэтому электроны притягиваются к телам, заряженным положительно, и отталкиваются от тел, заряженных отрицательно. Соответственно так же в соответствии со знаком своего заряда ведут себя и ионы, поэтому мы в дальнейшем будем говорить только об электронах.

Между положительно и отрицательно заряженными телами существует электрическое поле. Направление и характер движения электрона в таком поле зависит от скорости электрона и от того, под каким углом он движется по отношению к силовым линиям поля.

Если электрон движется параллельно силовым линиям по направлению к положительно заряженному телу, то его скорость будет возрастать, а направление движения останется без изменения. При движении в обратном направлении, т. е. к отрицательно заряженному телу, скорость движения электрона будет уменьшатся. При известных соотношениях начальной скорости электрона и силы поля электрон может быть остановлен, после чего он начинает двигаться в обратном направлении – к положительно заряженному телу. В практических конструкциях вакуумных ламп на пути летящих электронов часто помещают проводники в форме сеток, на которые подается заряд того или иного знака и величины. Если на эти проводники подан положительный заряд, то электроны будут им разгонятся и с большой скоростью пролетят через ту решетку или сетку, которую образуют собой проводники. Если на проводники подан отрицательный заряд, то движение электронов будет замедляться. При достаточной величине заряда электроны могут быть совсем остановлены, после чего они начнут двигаться в обратном направлении. Результат действия отрицательно заряженных проводников, находящихся на пути электронного потока, зависит от величины заряда и скорости электронов. Обычно скорость отдельных электронов не бывает одинакова. Даже слабого заряда на проводниках сетки бывает достаточно, чтобы оттолкнуть наиболее медленные электроны и, следовательно, уменьшить число электронов, пролетающих сквозь сетку. При увеличении отрицательного заряда сетка будет отталкивать обратно все больше и больше электронов. При некотором определенном заряде ни один из электронов не сможет преодолеть отталкивающее действие сетки: поток будет приостановлен.

Если электроны движутся перпендикулярно силовым линиям электрического поля, то направление их движения изменяется, поток электронов приближается к положительно заряженному телу и удаляется от отрицательно заряженного. Конечный результат зависит от силы поля и скорости электронов. При малой скорости электронов их поток будет полностью остановлен и электроны окажутся притянутыми положительно заряженным телом. При относительно большой скорости потока и слабом поле электроны не будут притянуты, но направление их движения будет в той или иной степени изменено, а именно приблизится в сторону положительных зарядов.

При помощи электрического поля можно и фокусировать поток электронов. Если поток электронов движется между двумя проводниками, заряженными отрицательно, то электроны будут сжиматься к центру потока, поток будет уплотнятся, концентрироваться. Если поток электронов будет пропущен между положительно заряженными проводниками, то он под влиянием их притяжения станет расходящимся (разумеется, если скорость электронов слишком мала, то они будут просто притянуты к положительно заряженным проводникам).2Осуществить фокусировку электронного потока можно и другим способом. Если например, излучатель электронов будет иметь вогнутую форму, а положительно заряженный электрод не велик по размерам, то поток электронов примет форму сходящегося пучка. Наоборот, при малых размерах излучателя и большом положительно заряженном электроде поток электронов будет расходящийся.

Таким образом, используя электрические поля различного направления и интенсивности, располагая на пути потока электронов различной формы электроды с зарядами соответствующего знака, можно менять величину электронного потока (число электронов в потоке), скорость и направление движения электронов, осуществляя как их отклонение, так и фокусировку.

Управлять электронным потоком можно и при помощи магнитного поля. На электроды, летящие вдоль магнитных силовых линий, магнитное поле не действует. Но если электрон влетает в магнитное поле под каким-то углом к его силовым линиям, то направление движения электрона изменяется.

Электрон влетающий в магнитное поле под прямым углом к его силовым линиям, испытывает отклоняющее действие в направлении, перпендикулярном силовым линиям магнитного поля и направлению движения электрона.

Эта отклоняющая сила стремится вытолкнуть электрон из силового поля. Для отклонения электронного потока на его пути помещают магнитное поле, которое в зависимости от направления силовых линий поворачивает электронный поток в ту или иную сторону. Изменением величины поля, очень легко осуществим при применении электромагнитов, можно изменять угол отклонения электронного потока.

Магнитным полем можно и осуществлять фокусировку электронного потока. Если направить расходящийся электронный поток в магнитное поле соленоида (катушки), то электроны начинают двигаться по спиралям, которые при определенных условиях сходятся в одной точке. Эти условия обеспечиваются подбором скорости электронного потока и интенсивностью магнитного поля соленоида.

Как видно из сказанного, существует много способов управления электронным потоком. В реальных вакуумных электронных приборах применяются все перечисленные способы, и часто в одном и том же приборе используется в различных сочетаниях несколько способов управления электронным потоком.

Основной характерной чертой управления электронным потоком является необычайная быстрота реакции последнего на воздействия. Изменение управляющего напряжения или управляющего поля сопровождается практически мгновенным изменением интенсивности или направления электронного потока. Именно это обстоятельство и придает электровакуумным приборам те свойства, которые обеспечили им в сое время широчайшее применение во всех областях науки и техники.

Возможно, Вам это будет интересно:

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/23087

Добавить комментарий