Реферат: Електричний струм у вакуумі

Дуже важливим елементом телевізора, осцилографа, радіолокатора і інших приладів є електронно-променева трубка (рис.13). У вузькій частині вакуумного балона розташований циліндровий катод, що підігрівається металевою спіраллю 1, по якій по якій пропускають електричний струм. За допомогою діафрагми 2 з електронів, випромінюваних катодом, виділяється вузький електронний пучок 5 (електронний промінь). В електричному полі, створеному між катодом і циліндровим анодом, електрони швидшають до швидкості близько 104 км/с. Катод з підігрівом, діафрагма і анод утворюють електронну гармату.

Електронний промінь проходить через два конденсатори 3 і 4, пластини яких розташовані у взаємно перпендикулярних площинах, і потрапляє на екран 6, покритий речовиною, яка світиться при ударі потрапляючих на нього електронів. На екрані можна бачити крапку, що світиться, в тому місці, куди потрапляє електронний пучок.

Якщо до пластин конденсатора 3 прикласти постійну напругу, напрям електронного пучка змінюється і крапка, що світиться, зміщується у вертикальному напрямі. У разі додатку змінної напруги електронний промінь почне коливатися у вертикальній площині, а на екрані з'явиться вертикальна лінія, довжина якої залежить від значення прикладеної напруги, що світиться. По довжині цієї лінії можна визначати значення дуже слабих напруг і сил струмів.

Рис.14.

За допомогою спеціальної схеми на пластини конденсатора 4 подається змінна напруга U пилкоподібної форми (рис.14). Під дією такої напруги крапка, що світиться, рівномірно переміщається уздовж горизонталі, наприклад управо, а потім стрибком повертається в крайнє ліве положення. Цей періодично повторюваний процес, який називають горизонтальною розгорткою, дає на екрані горизонтальну лінію, що світиться.

Рис. 15.

Якщо на вертикальні коливання променя, обумовлені досліджуваною напругою, накласти горизонтальну розгортку, то промінь описуватиме на екрані криву залежності досліджуваної напруги від часу (рис.15). Якщо ж напруга змінюється періодично, можна підбором відповідної частоти горизонтальної розгортки отримати на екрані нерухомий графік досліджуваної напруги і сфотографувати його.

Електронно-променева трубка є основною частиною електронного осцилографа, широко що використовується в науці і техніці при вивченні різноманітних швидкопротікаючих процесів (як електричних, так і неелектричних після перетворення їх в електричні). Якнайменша тривалість процесів, що фіксуються осцилографами, досягає 10-10 з. Окрім трубки в осцилографі є генератор пилкоподібної напруги (генератор розгортки), джерело живлення електронної гармати, блоки з регуляторами фокусування і яскравості, а також деякі інші допоміжні пристосування і деталі, поліпшуючі роботу і розширюючі його можливості. Зокрема, для спостереження слабих електричних сигналів в осцилографі передбачений підсилювач, причому відповідним регулятором можна змінювати амплітуду спостережуваних на екрані коливань до необхідних розмірів.

До приймальних електронно-променевих трубок відноситься чорно-білі і кольорові кінескопи. Пристрій чорно-білого кінескопа нічим практично не відрізняється від пристрою трубки з магнітним відхиленням променя. В прожектор лише доданий прискорюючий електрод між модулятором і першим анодом. Промисловість випускає самі різні кінескопи з розміром екрану по діагоналі від 8 до 67 см. Всі сучасні кінескопи мають прямокутний екран із співвідношенням сторін в прибудовах 3: 4 до 4: 5, що приблизно відповідає формату телевізійного зображення

Кольорові кінескопи містять три електронні прожектори і екран, покритий люмінофорами трьох кольорів - червоного, синього і зеленого свічення. В даний час промисловість випускає кольорові кінескопи двох різних конструкцій. У кінескопів з дельтовидним розташуванням прожекторів вони розташовані у вершинах трикутника, центр якого знаходиться на осі кінескопа. У кінескопів з планарним розташуванням прожекторів вони розташовані в одній площині, один знаходиться на осі кінескопа, а два інших - по обидві сторони від першого.

Розвиток способів передачі зображень і вимірювальної техніки супроводився подальшою розробкою і удосконаленням різних електровакуумних приладів, радіоламп і електронографічних приладів для осцилографів, радіолокації і телебачення.

3. Рентгенівська трубка

Електричний струм у вакуумі застосовують для отримання рентгенівського проміння. Рентгенівське проміння випускається будь-якою речовиною, яка бомбардується швидкими електронами. Для отримання інтенсивного пучка цього проміння Рентген (в 1895 р. відкрив це проміння) побудував спеціальну трубку, що складається з добре відкачаної скляної кулі, в яку упаяно три металеві електроди: катод у вигляді сферичної чашки, анод і антикатод. Електрони, що вилітають нормально до поверхні катода, потрапляють в його центр кривизни, що лежить на антикатоді, виготовленому з тугоплавкого металу. Антикатод встановлений під кутом 45° до катода для найзручнішого використовування що виходять з нього рентгенівського проміння. Накопичення на антикатоді негативного електричного заряду могло б привести до припинення роботи трубки, тому він сполучений з анодом.

Електромагнітні випромінювання в діапазоні довжин хвиль від 10-14 до 10-7 м називаються рентгенівським промінням.

В сучасних рентгенівських трубках роль катода виконує електронна гармата - вольфрамова спіраль, що нагрівається струмом і що служить джерелом вільних електронів. Фокусування електронного пушку проводиться циліндром. Антикатод трубки є одночасно анодом. Такі трубки працюють стійкіше, ніж перша модель.

На рентгенівську трубку будь-якої конструкції подається напруга в декілька десятків кіловольтів.

Якщо у вакуумній трубці між нагрітим катодом, що випускає електрони, і анодом прикласти постійну напругу в декілька десятків тисяч вольт, то електрони спочатку розгонитимуться електричним полем, а потім різко гальмуватимуться в речовині анода при взаємодії з його атомами. При гальмуванні швидких електронів в речовині або при переходах електронів на внутрішніх оболонках атомів (рис.16) виникають електромагнітні хвилі з довжиною хвилі менше ніж у ультрафіолетового випромінювання.

Рис. 16.

Рентгенівське проміння невидиме оком. Вони проходять без істотного поглинання через значні шари речовини, непрозорої для видимого світла. Знаходять рентгенівське проміння по їх здатності викликати певне свічення деяких кристалів і діяти на фотоплівку.

Здатність рентгенівського проміння проникати через товсті шари речовини використовуються для діагностики захворювань внутрішніх органів людини. В техніці рентгенівське проміння застосовується для контролю внутрішньої структури різних виробів, зварних швів. Рентгенівське випромінювання володіє сильною біологічною дією і застосовується для лікування деяких захворювань.

3.1 Електроннооптічеській перетворювач (ЕОП)

ЕОП - це вакуумний фотоелектронний прилад для перетворення невидимого оком зображення об'єкту (в ГИК, УФ і рентгенівському промінні) у видиме або для посилення яскравості видимого зображення. В основі дії ЕОП лежить перетворення оптичного або рентгенівського зображення в електронне за допомогою фотокатода, а потім електронного зображення в світлове (видиме), одержуване накатодолюмінесцентному екрані. В ЕОП зображення об'єкту проектується за допомогою об'єктиву на фотокатод (при використовуванні рентгенівського проміння тіньове зображення об'єкту проектується на фотокатод безпосередньо). Випромінювання від об'єкту викликає фотоелектронну емісію з поверхні фотокатода, причому величина емісії з різних ділянок останнього змінюється відповідно до розподілу яскравості спроектованого на нього зображення. Фотоелектрони швидшають електричним полем на ділянці між фотокатодом і екраном, фокусуються електронною лінзою (ФЕ - фокусуючий електрод) і бомбардують екран Е., викликаючи його люмінесценцію. Інтенсивність свічення окремих точок екрану залежить від густини потоку фотоелектронів, унаслідок чого на екрані виникає видиме зображення об'єкту. Розрізняють ЕОП одно - і багатокамерні (каскадні); останні є послідовним з'єднанням двох або більш однокамерних ЕОП.

В деяких типах ЕОП зображення реєструється матрицею з електронночуттєвих елементів (в кількості 10 - 100), встановленої замість люмінесцентного екрану.

ЕОП застосовуються в ГИК техніці, спектроскопії, медицині, ядерній фізиці, астрономії, телебаченню, для перетворення УЗ зображення у видиме. Сучасні багатокамерні ЕОП дозволяють реєструвати на фотоемульсії світлові спалахи (сцинтиляції) від одного електрона, що випускається вхідним фотокатодом.

4. Електронний проектор

Електронний проектор - це автоелектронний мікроскоп, безлинзовий електроннооптичний прилад для отримання збільшеного в 105-106 разів зображення поверхні твердого тіла. Електронний проектор був винайдений в 1936 йому. фізиком Е. Мюллером.

Основні частини Електронного проектора: катод у вигляді зволікання з точковим емітером па кінці, радіус кривизни якого r~10-7-10-8 м; скляна сферична або конусоподібна колба, дно якої покрито шаром люмінофора; анод у вигляді провідного шару на стінках колби або дротяного кільця, що оточує катод. З колби відкачується повітря (залишковий тиск ~10-9-10-11 мм рт. ст). Коли на анод подають позитивну напругу в декілька тис. Вольт щодо розташованого в центрі колби катода, напруженість електричного поля в безпосередній близькості від точкового емітера (вістря) досягає 107-108 В/см. Це забезпечує інтенсивну автоелектронну емісію. При звичайній формі катода електрони емітувалися переважно з місць локального збільшення напруженості поля над невеликими нерівностями і виступами поверхні емітера. Застосування точкових емітерів, згладжених поверхневою міграцією атомів металу при підвищених температурах в доброму вакуумі, дозволило отримати стійкі струми.

Емітовані електрони, швидшаючи в радіальних (щодо вістря) напрямах, бомбардують екран, викликаючи свічення люмінофора, і створюють на екрані збільшене контрастне зображення поверхні катода, що відображає

її кристалічну структуру. Контраст автоелектронного зображення визначається густиною емісійного струму, яка залежить від локальної роботи виходу, що змінюється залежно від кристалографічного будови поверхні емітера і від величини поля у поверхні емітера. Збільшення в Електронному проекторі рівно відношенню R/br, де R - відстань катод - екран, b - константа, залежна від геометрії трубки.