16電子束的聚焦

徑向力使電子“會(huì)聚”.這樣就使得“會(huì)聚”作用比“發(fā)散”作用的時(shí)間長(zhǎng)，兩種作用的總效果使電子會(huì)聚，并且離軸越遠(yuǎn)，這種作用越強(qiáng)，這就為將所有的電子會(huì)聚到一點(diǎn)提供了可能.實(shí)驗(yàn)和理論都證明：不管亮度如何，聚焦的條件是G=UA/U=徑向力使電子“會(huì)聚”.這樣就使得“會(huì)聚”作用比“發(fā)散”作用的時(shí)間長(zhǎng)，兩種作用的總效果使電子會(huì)聚，并且離軸越遠(yuǎn)，這種作用越強(qiáng)，這就為將所有的電子會(huì)聚到一點(diǎn)提供了可能.實(shí)驗(yàn)和理論都證明：不管亮度如何，聚焦的條件是G=UA/U=常1KA2K數(shù)（16-1）圖16-1若Uaik>Ua2k，則G>1，稱為正向聚焦；若UAA1KVU，則GV1,稱反實(shí)驗(yàn)十六電子束的聚焦實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．研究帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的聚焦規(guī)律2．進(jìn)一步了解電子束線管的結(jié)構(gòu)和聚焦原理．3．掌握測(cè)量電子荷質(zhì)比的一種方法．儀器與用具EBe-1型電子束實(shí)驗(yàn)儀，萬(wàn)用電表、直流電源等．實(shí)驗(yàn)原理1．電場(chǎng)聚焦電子槍的作用是產(chǎn)生電流密度很高，截面很小的電子束，并能使電子束到達(dá)熒光屏上的各個(gè)地方.其結(jié)構(gòu)如圖16-1所示.各電極均做成圓筒形，ff為加熱燈絲，K為旁熱式氧化陰極.在燈絲的烘烤下，溫度約升到1100K時(shí)，氧化物中自由電子獲得較大的熱動(dòng)能而逸出表面，成為速度很小的游離態(tài)電子.柵極的電位低于陰極，形成阻滯電場(chǎng).調(diào)節(jié)柵極電位可以改變進(jìn)入陽(yáng)極區(qū)電子數(shù)目，從而調(diào)節(jié)光斑的亮度.第一陽(yáng)極A1和第三陽(yáng)極A3稱加速極，其作用是使電子向陽(yáng)極區(qū)運(yùn)動(dòng).第二陽(yáng)極A2稱聚焦陽(yáng)極，其電壓值主要影響亮點(diǎn)的大小.電子槍內(nèi)非均勻電場(chǎng)分布，可以將陽(yáng)極分布范圍比較大的游離態(tài)電子，非常成功地在屏上聚成一點(diǎn)，這是成像清晰的重要保證.若Ua1k=Ua3k>Ua2k，如圖16-2所示，圖中實(shí)線是電力線，可利用它定性地分析A1KA3K A2K電子在電子槍內(nèi)的運(yùn)動(dòng).在GA1之間的非均勻場(chǎng)的作用下，電子受到的電場(chǎng)力可以分解成兩個(gè)力：一個(gè)沿軸向，使電子加速；另一垂直軸線，這個(gè)力使電子向軸靠攏.由于此間電子速度很小，在這個(gè)力的作用下，很容易將分散在相當(dāng)范圍的游離態(tài)電子會(huì)聚到一點(diǎn)上，然后繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，而且又發(fā)散開來(lái).電子在陽(yáng)極區(qū)的非均勻場(chǎng)的作用下，按前面的方法對(duì)場(chǎng)的作用分解.可以看出，電子速度大時(shí)，徑向力使電子“發(fā)散”（在A1、A3附近）；速度較小時(shí)，A2K向聚焦.由于光斑的亮度是由電子的速度及熒光屏上的單位面積的電子數(shù)決定，而反向聚焦速度比較小，因此光斑較暗.2.磁場(chǎng)聚焦磁場(chǎng)也可以使電子束線聚焦.把示波管放在螺旋管磁場(chǎng)中，將示波管的第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極、第三陽(yáng)極、偏轉(zhuǎn)板都聯(lián)在一起，使得電子進(jìn)入第一陽(yáng)板后在等電位空間中運(yùn)動(dòng).由于陰極發(fā)射出來(lái)的電子速度很小，可以認(rèn)為電子的軸向速度是一樣的，其大小由陽(yáng)極電壓UAK來(lái)決定，即電子的徑向速度V1是不一樣的，電子進(jìn)入磁場(chǎng)后受到洛侖茲力F=eV±B（B為磁感應(yīng)強(qiáng)度）

的作用，VL使電子在垂直于B的平面作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而維持電子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心的作用，mV2 mVl=eVB R=丄力是洛侖茲力，貝I」R丄，所以圓運(yùn)動(dòng)半徑 eB，電子作圓運(yùn)動(dòng)一周所需要的時(shí)間丁2兀R 2兀mT= = (16-2)電子在軸向不受力的作用，因此，作勻速直線運(yùn)動(dòng).顯然運(yùn)動(dòng)軌跡是螺旋線，其螺距為” 2兀(16-2)電子在軸向不受力的作用，因此，作勻速直線運(yùn)動(dòng).顯然運(yùn)動(dòng)軌跡是螺旋線，其螺距為” 2兀mh=TV=-V//eB//(16-3)圖16-2V(16-4)兩種運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果使得電子的(16-3)圖16-2V(16-4)兩種運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果使得電子的mV2=eU2 // AK—AKm(16-5)即，由一點(diǎn)出發(fā)的電子束，雖然各個(gè)電子的徑向速度不相同，但由于軸向速度匕相同，故各電子將沿不同的螺旋線前進(jìn)，經(jīng)過(guò)一個(gè)螺距h后，又重新會(huì)聚到一點(diǎn)K〃，如圖16-3所示，此即為磁聚現(xiàn)象.利用磁聚現(xiàn)象可以測(cè)定電子的荷質(zhì)比.調(diào)節(jié)電流從0逐漸增加，使電子束交叉點(diǎn)K到熒光屏的距離L等于螺距的整數(shù)倍，熒光屏上將出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，這時(shí)TOC\o"1-5"\h\z亍丁,丁2兀m12eU z…、(16-6)L=kh=k ak (k=1,2,3,?)(16-6)eBm示波管中的L是固定的，對(duì)一定的V〃來(lái)說(shuō)，K-B，而B與通過(guò)螺線管的電流成正比，即B=Mnl.第一次k=1時(shí)，聚焦電流最??；k=2時(shí)，聚焦電流I是I的兩倍，第n次聚焦電流是I的n倍，由此得 2 1I+1+???/(16-7)I=-1 2 n(16-7)1 1+2+???n將B=M0nI代入(16-6)式得電子的荷質(zhì)比e 8冗2U= AK (16—8)m(卩nI)2L(16—8)01當(dāng)繼續(xù)調(diào)節(jié)B，使h=2或h=3時(shí)，屏上將出現(xiàn)第二次、第三次聚焦．螺線管中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與勵(lì)磁電流I的關(guān)系近似為B二艮J1I式中n為螺線管單位長(zhǎng)度的匝數(shù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仔細(xì)閱讀電子束實(shí)驗(yàn)儀的使用說(shuō)明書．1．1．觀察電場(chǎng)聚焦，通過(guò)測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，總結(jié)其規(guī)律．2．2．觀察磁場(chǎng)聚焦，通過(guò)測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，總結(jié)其規(guī)律．并計(jì)算電子的荷質(zhì)比觀察電場(chǎng)聚焦，通過(guò)測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，總結(jié)其規(guī)律．3．3．有興趣的同