Ускорения электронов

Более совершенна электронная пушка с ускоряющим электродом, находящимся под потенциалом изделия. Такая пушка помимо повышения плотности энергии дает возможность широкого регулирования этой плотности, а наличие ускоряющего электрода с отверстием для прохождения пучка электронов позволяет существенно отдалить свариваемое изделие от катода, что, в частности, облегчает наблюдение за процессом сварки.

Схема установки, в которой используется ускорение электронов, показана на 4.21. Траектория движения электронов в этой установке корректируется ускоряющим электродом и магнитным полем.

где Е/у э — напряжение на следующем за модулятором ускоряющем электроде; Ua — напряжение на аноде, расположенном за ускоряющим электродом; DM и Dy э — проницаемости модулятора и ускоряющего электрода соответственно. В большинстве электронных прожекторов влияние потенциала третьего электрода ничтожно мало, поэтому для напряжения запирания можно • записать:

регулировок тока (яркости) и фокусировки луча, но и улучшается фокусировка луча за счет уменьшения радиуса луча в плоскости скрещения электронных траекторий. На 7-7, б изображен электронный прожектор с нулевым током первого анода. Здесь, как и в прожекторе на 7-7, а, первый анод, служащий для регулировки фокусировки луча, отделен от модулятора ускоряющим электродом. Этот электрод имеет неизменный потенциал и является электрическим экраном между первой и второй линзами, устраняя влияние линз друг на друга. Важное преимущество рассматриваемого прожектора состоит в том, что на первый анод, выполненный в виде диафрагмы большого диаметра, электроны почти не попадают и ток в его цепи близок к нулю. Таким образом, при изменении потенциала первого анода не изменяется ток, потребляемый от выпрямителя, питающего все электроды трубки, и даже при использовании маломощного выпрямителя взаимное влияние потенциалов различных электродов отсутствует. В этих прожекторах на первый анод подается обычно напряжение примерно в несколько сотен вольт, а на второй анод и

Прожектор тетрадного типа ( 7-8). Этот прожектор трехлинзовый: помимо иммерсионного объектива (катод — модулятор-— первый ускоряющий электрод) он содержит слабую иммерсионную линзу (между двумя ускоряющими электродами) и главную проекционную (одиночную) линзу, образуемую полем между вторым ускоряющим электродом и вторым анодом.

за, создаваемая полем между ускоряющим электродом и анодом. Главная проекционная линза в обоих случаях—магнитная.

Фокусировку электронного пучка осуществляют изменением напряжения первого анода. Оптимальным напряжением первого анода является такое, при котором поле главной линзы обеспечивает минимальный размер электронного пятна на экране. Однако в приведенной конструкции электронного прожектора изменение напряжения первого анода при фокусировке пучка одновременно изменяет ток, отбираемый с катода и, следовательно, ток пучка. Возникающие при этом трудности настройки режима работы трубки устраняются в более распространенных конструкциях электронных прожекторов с ускоряющим электродом. В таких конструкциях электронных прожекторов между модулятором и первым анодом помещен дополнительный ускоряющий электрод с высоким положительным потенциалом, обычно большим потенциала первого анода ( 2.23).

На 2.24 схематически изображен электронный прожектор с-магнитной фокусировкой луча. Как и в прожекторе с электростатической фокусировкой, первая линза выполнена с ускоряющим электродом, на который подается положительный потенциал порядка нескольких сотен вольт. Анодное напряжение достигает единиц и десятков киловольт в зависимости от конструкции и назначения электронно-лучевой трубки.

Тетродный прожектор. Является трехлинзовой электронно-оптической системой: первая линза создается катодом, модулятором и первым ускоряющим электродом УЭ1; вторая слабая линза заключена между двумя ускоряющими электродами УЭ1 и УЭ2, и главная линза образована вторым ускоряющим электродом УЭ2, первым А1 и вторым А2 анодами. Первый ускоряющий электрод обычно выполняют в виде короткого цилиндра с ограничивающей диафрагмой, которая уменьшает проницаемость этого электрода, а это в свою очередь уменьшает значение запирающего напряжения.

где Е/у э — напряжение на следующем за модулятором ускоряющем электроде; Ua — напряжение на аноде, расположенном за ускоряющим электродом; DM и Dy э — проницаемости модулятора и ускоряющего электрода соответственно. В большинстве электронных прожекторов влияние потенциала третьего электрода ничтожно мало, поэтому для напряжения запирания можно • записать:

регулировок тока (яркости) и фокусировки луча, но и улучшается фокусировка луча за счет уменьшения радиуса луча в плоскости скрещения электронных траекторий. На 7-7, б изображен электронный прожектор с нулевым током первого анода. Здесь, как и в прожекторе на 7-7, а, первый анод, служащий для регулировки фокусировки луча, отделен от модулятора ускоряющим электродом. Этот электрод имеет неизменный потенциал и является электрическим экраном между первой и второй линзами, устраняя влияние линз друг на друга. Важное преимущество рассматриваемого прожектора состоит в том, что на первый анод, выполненный в виде диафрагмы большого диаметра, электроны почти не попадают и ток в его цепи близок к нулю. Таким образом, при изменении потенциала первого анода не изменяется ток, потребляемый от выпрямителя, питающего все электроды трубки, и даже при использовании маломощного выпрямителя взаимное влияние потенциалов различных электродов отсутствует. В этих прожекторах на первый анод подается обычно напряжение примерно в несколько сотен вольт, а на второй анод и

Электрическое поле, необходимое для ускорения электронов, обеспечивается высокими положительными потенциалами двух анодов -AI и AI — полых цилиндров с одной или более диафрагмами, помещенных на пути электронного луча. Последние служат для задержания электронов, сильно уклонившихся от оси луча. Напряжение между первым анодом A i и катодом составляет от одной десятой до одной трети напряжения между вторым анодом А2 и катодом, равного 600— 5000 В.

Промышленностью выпускается множество различных типов фотоэлектронных умножителей. Наибольшее распространение получили фотоэлектронные умножители с электростатическим управлением и фокусировкой потоков электронов. Устройство фотоэлектронного умножителя такого типа показано на 4.24. Между фотокатодом К. и первым динодом Д^ часто располагают систему электродов, образующих электростатические линзы, которая называется входной камерой ФЭУ. Входная камера предназначена для фокусировки и ускорения электронов, эмиттируемых фотокатодом и направляемых на первый динод. Качество входной камеры характеризуется коэффициентом сбора электронов VK, равным отношению количества электронов, достигающих первого динода, к количеству электронов, эмиттируемых фотокатодом. Анод А изготов-

Электрическое поле, необходимое для ускорения электронов, обеспечивается высокими положительными потенциалами двух анодов -AI л AI — полых цилиндров с одной или более диафрагмами, помещенных на пути электронного луча. Последние служат для задержания электронов, сильно уклонившихся от оси луча. Напряжение между первым анодом A t и катодом составляет от одной десятой до одной трети напряжения между вторым анодом Аг и катодом, равного 600— 5000 В.

Электрическое поле, необходимое для ускорения электронов, обеспечивается высокими положительными потенциалами двух анодов — AI и АЪ — полых цилиндров с одной или более диафрагмами, помещенных на пути электронного луча. Последние служат для задержания электронов, сильно уклонившихся от оси луча. Напряжение между первым анодом A j и катодом составляет от одной десятой до одной трети напряжения между вторым анодом А2 и катодом, равного 600-5000 В.

Частицы увеличивают свою энергию, двигаясь и нарастающем во времени магнитном поле по круговой орбите постоянного радиуса го. совпадающей с одной из силовых линий. Магнитное поле нарастает от нуля до максимального значения за четверть периода Т'; направление вихревого электрического поля в течение этого промежутка времени не меняется. Поэтому длительность ускорения электронов в бетатроне не превышает Т'/4. За это время электрон успевает сделать огромное (до нескольких миллионов) число оборотов по круговой орбите постоянного радиуса ( 6.2,б). Хотя энергия, приобретаемая им за один оборот, невелика, конечное значение энергии оказывается очень большим.

Процесс ускорения электронов слагается из двух стадий. На первой стадии ускоритель работает как обычный бетатрон. В течение короткого интервала времени в начале цикла нарастания индукции магнитного поля происходит инжекция электронов в вакуумную камеру. Вовлеченные в процесс ускорения частицы разгоняются вихревым электрическим полем до энергии W^3 МэВ. Для обеспечения бетатронного условия служит специальный центральный сердечник (см. 6.7.). При энергии около 3 МэВ электроны достигают скорости света. Поэтому при дальнейшем увеличении энергии их скорость не меняется. К этому времени центральный сердечник насыщается и до начала нового цикла ускорения не влияет на движение частиц. Незадолго до этого момента включается генератор высокочастотных колебаний. На второй стадии электроны ускоряются высокочастотным электрическим полем, возбужденным в зазоре объемного резонатора. Для осуществления синхронного ускорения частоту электрического поля выбирают равной частоте обращения электронов. В конце цикла ускорения электроны сбрасываются на мишень или направляются в выводное устройство.

кристаллической решетки проводника. При этом скорость электронов падает до нуля, после чего процесс ускорения электронов повторяется снова. Так как движение электронов равноускоренное, то их средняя скорость

В электронных лампах для ускорения электронов и управления электронным потоком используют электрическое поле.

Аноды 3 и 4 выполнены в виде цилиндров разных диаметров. В аноде 3 имеется две, а в аноде 4 — одна диафрагма. На аноды относительно катода подают большое положительное напряжение (на первый ~ 0,5 кВ, на второй — несколько киловольт). Аноды служат для ускорения электронов луча и их фокусирования.

Установка триодного (ионно-плазменного) типа, показанная на 19, имеет проволочный катод5. Для защиты от распыления его размещают вблизи базовой плиты. Для ускорения электронов к аноду 4 прикладывают напряжение до 250 В. Катод-мишень / и подложку 3 размещают на противоположных границах активного плазменного пространства. Распыление начинается с того момента, когда к мишени прикладывают отрицательный по отношению к аноду потенциал величиной до 1000 В. Эгот потенциал отталкивает электроны и вытягивает ионы из плазмы. Ионы бомбардируют мишень, распыляя ее. Распыленные частицы катод-мишени, двигаясь преимущественно в направлении, перпендикулярном поверхности, осаждаются на подложке.

Приемная телевизионная трубка (кинескоп) представляет собой стеклянную или металлостеклянную колбу, из которой выкачан воздух. В горловине трубки помещается электронный прожектор, состоящий из накаленного катода и системы аксиально-симметричных электродов, предназначенных для ускорения электронов и фокусировки электронного луча. Один из видов электронного прожектора кинескопа приведен на 21.12. Конструкция и назначение катода, управляющего электрода и системы анодов аналогичны конструкции и назначению этих же электродов в осциллографиче-ских и индикаторных трубках. Ускоряющий, или экранирующий, электрод обычно выполняют в виде металлического диска с отверстием на пути движения электронов или в виде металлического цилиндра с одной или несколькими диафрагмами. Ускоряющий электрод относительно катода находится под положительным потенциалом (порядка нескольких сотен вольт). Телевизионный сигнал подается на модулятор трубки, что ведет к изменению силы тока луча и яркости свечения экрана в соответствии с изменениями мгновенных значений телевизионного сигнала.