1.8. Электронные пучки
Основным средством вакуумной электроники СВЧ, служащим для преобразования энергии источника постоянного тока в энергию электромагнитного поля СВЧ колебаний, являются электронные пучки–протяженные электронные потоки, ограниченные в поперечном сечении.
Электронные пучки создаются с помощью специальных электронно-оптических устройств –так называемых электронных пушек, выбрасывающих ускоренные электроны, траектории которых приблизительно параллельны оси пушки.
Рассмотрим такие основные характеристики электронных пучков, как мощность, первеанс и интенсивность электронного потока, а также взаимозависимость между конфигурацией электронного потока и ЗС прибора.
Мощность пучка (произведение переносимого им тока Iна напряжениеU, которым были ускорены электроны) определяет мощность прибора СВЧ:P = UI.
Важной характеристикой электронного потока является первеанс, определяемый как . Первеанс является мерой интенсивности потока. В приборах СВЧ, как правило, применяются интенсивные электронные потоки, в которых сила взаимного расталкивания электронов существенно влияет на движение электронов, так что их действием пренебрегать нельзя. Интенсивными, как показывают расчеты, следует считать потоки, у которых первеанс принимает значения, большие 10 -8 –10 -7 A/В 3/2 . Ввиду малости численного значения первеанса часто пользуются более удобной величиной – микропервеансом m, определяемым равенством
Мощность электронного потока через первеанс можно выразить формулой
P = UI = U 5/2 .
Как видно из формулы, при неизменном первеансе мощность очень быстро растет по мере роста U(так, при увеличении напряжения на порядок мощность возрастает более чем в 300 раз).
Однако во всех приборах мощность выгоднее увеличивать не столько за счет роста напряжения, сколько за счет роста тока пучка, так как чем больше рабочее напряжение, тем сложнее конструкция изоляторов в приборе и тем сложнее источники питания и, как следствие, громоздкость и сложность высоковольтного оборудования. Снижение рабочего напряжения при заданной мощности пучка не только уменьшает сложность аппаратуры, но и приводит к уменьшению габаритов прибора за счет сокращения длины активных участков электродинамической системы (ЭДС). В ЛБВ с возрастанием первеанса может увеличиваться коэффициент усиления и КПД.
Для того чтобы сформированный пучок можно было успешно использовать в электронных приборах СВЧ, необходимо, сохраняя хорошую форму, провести его через все пространство взаимодействия с высокочастотными полями. Поскольку в сильноточных электронных пучках действуют значительные кулоновские силы взаимного отталкивания зарядов, приводящие к «разбуханию» пучков, эта задача оказывается зачастую не менее сложной, чем формирование самого пучка.
Для борьбы с «разбуханием» пучков чаще всего применяют постоянное магнитное поле, параллельное оси пучка. Из-за относительно большой длины приборов достаточно сильное магнитное поле требуется создать на большом участке. Поэтому масса магнитной фокусирующей системы (МФС) получается весьма большой. Меньшие затраты на мощность и массу магнитных систем реализуются при использовании периодической магнитной фокусировки, при которой электронный пучок пропускается вдоль знакопеременного магнитного поля. Подобную систему собирают из отдельных коротких магнитных колец, разделенных втулками из материала, обладающего высокой магнитной проницаемостью. Аналогичного результата добиваются и с помощью периодической электростатической фокусировки, которая осуществляется рядом периодически расположенных электростатических линз. Такая система обладает еще меньшей массой и потребляемой мощностью.
Помимо магнитного удержания существует еще один способ борьбы с «разбуханием» пучков, заключающийся в том, что в объем электронного пучка вводится некоторое количество положительно заряженных ионов, которые своим пространственным зарядом компенсируют отрицательный пространственный заряд электронов. В простейшем случае ионы можно создать, оставив в объеме прибора некоторое количество «неоткачанного» газа. Электроны пучка на своем пути будут ионизировать молекулы этого газа. Образовавшиеся в результате ионизации вторичные электроны выбрасываются за пределы пучка кулоновскими силами, тогда как положительные ионы будут удерживаться этими силами в его объеме. В результате даже при очень малых давлениях остаточного газа может образоваться такое количество положительных ионов, что их концентрация сравнивается с концентрацией электронов в пучке. На этом накопление ионов прекратится и установится стационарное состояние, при котором в объеме пучка образуется квазинейтральная среда, напоминающая плазму. Пространственный заряд электронов оказывается скомпенсированным, и пучок не «разбухает». Описанное явление, называемое ионной фокусировкой, наблюдается при давлениях остаточных газов, превышающих 10 -6 мм рт. ст.
В зависимости от формы поперечного сечения электронные пучки разделяются на три основных типа: ленточный, аксиально-симметричный и трубчатый.
Системой формирования электронного потока называется совокупность электрических и магнитных полей, а также образующих их электродов и магнитных цепей, необходимых для создания электронных потоков нужной конфигурации. Она содержит четыре области:
1) область электронной пушки, в которой имеется источник электронов –катод и анод, между которыми приложено ускоряющее напряжениеU0;
2) переходную область–область между пушкой и областью регулярной части МФС, в которой сила электростатического поля, созданного электродами, резко уменьшается, продолжается действие сил пространственного заряда, которые в конце области становятся главной расфокусирующей силой, стремящейся расширить поток, начинают действовать фокусирующие силы магнитного поля, направленные к оси пучка; в переходной области заканчивается формирование электронного потока и происходит «согласование» параметров потока, созданного пушкой, с параметрами регулярной части системы формирования;
3) область регулярной части системы формирования, в которой расположена ЭДС прибора и происходит взаимодействие потока с СВЧ полем;
4) область коллектора, в которой электроны «отработанного» потока воспринимаемые специальной металлической поверхностью, заканчивают свое движение в системе; чем больше КПД прибора, тем меньше мощность, рассеивающаяся на коллекторе; форма поверхности коллектора выбирается таким образом, чтобы тепловые нагрузки на эту поверхность не превышали допустимой удельной величины.
1.8. Электронные пучки
Основным средством вакуумной электроники СВЧ, служащим для преобразования энергии источника постоянного тока в энергию электромагнитного поля СВЧ колебаний, являются электронные пучки – протяженные электронные потоки, ограниченные в поперечном сечении.
Электронные пучки создаются с помощью специальных электронно-оптических устройств – так называемых электронных пушек, выбрасывающих ускоренные электроны, траектории которых приблизительно параллельны оси пушки.
Рассмотрим такие основные характеристики электронных пучков, как мощность, первеанс и интенсивность электронного потока, а также взаимозависимость между конфигурацией электронного потока и ЗС прибора.
Мощность пучка (произведение переносимого им тока Iна напряжениеU, которым были ускорены электроны) определяет мощность прибора СВЧ:P=UI.
Важной характеристикой электронного потока является первеанс, определяемый как . Первеанс является мерой интенсивности потока. В приборах СВЧ, как правило, применяются интенсивные электронные потоки, в которых сила взаимного расталкивания электронов существенно влияет на движение электронов, так что их действием пренебрегать нельзя. Интенсивными, как показывают расчеты, следует считать потоки, у которых первеанс принимает значения, большие 10 -8 –10 -7 A/В 3/2 . Ввиду малости численного значения первеанса часто пользуются более удобной величиной – микропервеансом m, определяемым равенством
Мощность электронного потока через первеанс можно выразить формулой
P=UI=U 5/2 .
Как видно из формулы, при неизменном первеансе мощность очень быстро растет по мере роста U(так, при увеличении напряжения на порядок мощность возрастает более чем в 300 раз).
Однако во всех приборах мощность выгоднее увеличивать не столько за счет роста напряжения, сколько за счет роста тока пучка, так как чем больше рабочее напряжение, тем сложнее конструкция изоляторов в приборе и тем сложнее источники питания и, как следствие, громоздкость и сложность высоковольтного оборудования. Снижение рабочего напряжения при заданной мощности пучка не только уменьшает сложность аппаратуры, но и приводит к уменьшению габаритов прибора за счет сокращения длины активных участков электродинамической системы (ЭДС). В ЛБВ с возрастанием первеанса может увеличиваться коэффициент усиления и КПД.
Для того чтобы сформированный пучок можно было успешно использовать в электронных приборах СВЧ, необходимо, сохраняя хорошую форму, провести его через все пространство взаимодействия с высокочастотными полями. Поскольку в сильноточных электронных пучках действуют значительные кулоновские силы взаимного отталкивания зарядов, приводящие к «разбуханию» пучков, эта задача оказывается зачастую не менее сложной, чем формирование самого пучка.
Для борьбы с «разбуханием» пучков чаще всего применяют постоянное магнитное поле, параллельное оси пучка. Из-за относительно большой длины приборов достаточно сильное магнитное поле требуется создать на большом участке. Поэтому масса магнитной фокусирующей системы (МФС) получается весьма большой. Меньшие затраты на мощность и массу магнитных систем реализуются при использовании периодической магнитной фокусировки, при которой электронный пучок пропускается вдоль знакопеременного магнитного поля. Подобную систему собирают из отдельных коротких магнитных колец, разделенных втулками из материала, обладающего высокой магнитной проницаемостью. Аналогичного результата добиваются и с помощью периодической электростатической фокусировки, которая осуществляется рядом периодически расположенных электростатических линз. Такая система обладает еще меньшей массой и потребляемой мощностью.
Помимо магнитного удержания существует еще один способ борьбы с «разбуханием» пучков, заключающийся в том, что в объем электронного пучка вводится некоторое количество положительно заряженных ионов, которые своим пространственным зарядом компенсируют отрицательный пространственный заряд электронов. В простейшем случае ионы можно создать, оставив в объеме прибора некоторое количество «неоткачанного» газа. Электроны пучка на своем пути будут ионизировать молекулы этого газа. Образовавшиеся в результате ионизации вторичные электроны выбрасываются за пределы пучка кулоновскими силами, тогда как положительные ионы будут удерживаться этими силами в его объеме. В результате даже при очень малых давлениях остаточного газа может образоваться такое количество положительных ионов, что их концентрация сравнивается с концентрацией электронов в пучке. На этом накопление ионов прекратится и установится стационарное состояние, при котором в объеме пучка образуется квазинейтральная среда, напоминающая плазму. Пространственный заряд электронов оказывается скомпенсированным, и пучок не «разбухает». Описанное явление, называемое ионной фокусировкой, наблюдается при давлениях остаточных газов, превышающих 10 -6 мм рт. ст.
В зависимости от формы поперечного сечения электронные пучки разделяются на три основных типа: ленточный, аксиально-симметричный и трубчатый.
Системой формирования электронного потока называется совокупность электрических и магнитных полей, а также образующих их электродов и магнитных цепей, необходимых для создания электронных потоков нужной конфигурации. Она содержит четыре области:
1) область электронной пушки, в которой имеется источник электронов – катод и анод, между которыми приложено ускоряющее напряжение U0;
2) переходную область – область между пушкой и областью регулярной части МФС, в которой сила электростатического поля, созданного электродами, резко уменьшается, продолжается действие сил пространственного заряда, которые в конце области становятся главной расфокусирующей силой, стремящейся расширить поток, начинают действовать фокусирующие силы магнитного поля, направленные к оси пучка; в переходной области заканчивается формирование электронного потока и происходит «согласование» параметров потока, созданного пушкой, с параметрами регулярной части системы формирования;
3) область регулярной части системы формирования, в которой расположена ЭДС прибора и происходит взаимодействие потока с СВЧ полем;
4) область коллектора, в которой электроны «отработанного» потока воспринимаемые специальной металлической поверхностью, заканчивают свое движение в системе; чем больше КПД прибора, тем меньше мощность, рассеивающаяся на коллекторе; форма поверхности коллектора выбирается таким образом, чтобы тепловые нагрузки на эту поверхность не превышали допустимой удельной величины.
Электронный пучок
Катодные лучи — поток электронов, излучаемый катодом. Катодные лучи используются в телевизионных трубках, компьютерных мониторах, осциллографах и радиолампах. В этих приборах катодные лучи распространяются в вакууме. Катодные лучи вызывают свечение некоторых веществ, нанесенных на внутреннюю поверхность трубки. Катодные лучи обладают кинетической энергией и способны передавать механическое движение вертушке с лопастями. Катодные лучи отклоняются магнитным и электрическим полем. Катодные лучи отрицательно заряжены, и поэтому движутся по направлению к положительно заряженному электроду трубки, пролетая через отверстие в нём.
История использования катодных лучей
Литература
Ссылки
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Электронный прибор
- Электронный перевод
Полезное
Смотреть что такое «Электронный пучок» в других словарях:
- ЭЛЕКТРОННЫЙ ПУЧОК — поток электронов, движущихся по близким траекториям в одном направлении, имеющий размеры, значительно большие в направлении движения, чем в поперечной плоскости. Поскольку Э. п. является совокупностью одноимённых заряж. частиц, внутри него… … Физическая энциклопедия
- электронный пучок — Поток эмитируемых одним источником электронов, движущихся по близким траекториям в ограниченной области пространства. [ГОСТ 17791 82] электронный пучок Совокупность электронных лучей, имеющих общую точку. [ … Справочник технического переводчика
- электронный пучок — elektronų pluoštas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electron beam; electronic beam vok. Elektronenbündel, n rus. электронный пучок, m pranc. faisceau d’électrons, m; faisceau électronique, m … Fizikos terminų žodynas
- Электронный пучок — 7. Электронный пучок Совокупность электронных лучей, имеющих общую точку Источник: ГОСТ 21006 75: Микроскопы электронные. Термины, определения и буквенные обозначения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
- воспроизводящий электронный пучок (луч) — Электронный пучок (луч), используемый для воспроизведения на экране видимого изображения. [ГОСТ 17791 82] Тематики электровакуумные приборы EN imaging beam (viewing beam) DE elektronischer Abtaststrahl (Wieder gabestrahl) FR faisceau électronique … Справочник технического переводчика
- записывающий электронный пучок (луч) — Электронный пучок (луч), используемый для записи информации. [ГОСТ 17791 82] Тематики электровакуумные приборы EN writing beam DE elektronischer Schreibstrahl FR faisceau d’écriture … Справочник технического переводчика
- поддерживающий электронный пучок (луч) — Электронный пучок (луч), под бомбардировкой которого элемент мишени поддерживается под потенциалом, равным равновесному. [ГОСТ 17791 82] Тематики электровакуумные приборы EN supporting beam DE elektronischer Stutzstrahl (Bezugsstrahl) FR faisceau … Справочник технического переводчика
- связь через электронный пучок — elektronpluoštis ryšys statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. electron beam coupling vok. Elektronenstrahlkopplung, f rus. связь через электронный пучок, f pranc. couplage par faisceau électronique, m … Radioelektronikos terminų žodynas
- релятивистский стабилизированный электронный пучок — stabilizuotasis reliatyvistinis elektronų pluoštas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. stabilized relativistic electron beam vok. stabilisierter relativistischer Elektronenbündel, m rus. релятивистский стабилизированный… … Radioelektronikos terminų žodynas
- ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП — прибор для наблюдения и фотографирования многократно (до 106 раз) увеличенного изображения объектов, в к ром вместо световых лучей используются пучки эл нов, ускоренных до больших энергий (30 100 кэВ и более) в условиях глубокого вакуума. Физ.… … Физическая энциклопедия
- Обратная связь: Техподдержка, Реклама на сайте
- �� Путешествия
Экспорт словарей на сайты, сделанные на PHP,
WordPress, MODx.
- Пометить текст и поделитьсяИскать в этом же словареИскать синонимы
- Искать во всех словарях
- Искать в переводах
- Искать в ИнтернетеИскать в этой же категории
Поделиться ссылкой на выделенное
Прямая ссылка:
… Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»
ЭЛЕКТРОННЫЕ ПУЧКИ
направленные потоки эл-нов, поперечные размеры к-рых обычно значительно меньше их длины. Э. п. впервые были обнаружены в газовом разряде, происходящем при пониженном давлении: наблюдались слабое голубое свечение вдоль оси газоразрядной трубки и флуоресценция стеклянных стенок трубки, к-рые объяснялись воздействием т. н. катодных лучей (опыты англ. физика У. Крукса). Дальнейшие исследования привели к открытию эл-на (англ. физик Дж. Дж. Томсон, 1897), а сами лучи были отождествлены с потоками эл-нов.
В наст. время формированием, фокусировкой и отклонением Э. п., а также вопросами их использования занимается электронная оптика (см. ЭЛЕКТРОННАЯ И ИОННАЯ ОПТИКА). Для создания Э. п. служат электронные пушки, для их фокусировки — электронные линзы, а для отклонения — различные отклоняющие системы (см. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЗЕРКАЛА, ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИЗМЫ). Дополнительные трудности представляет фокусировка Э. п. с большой силой тока I при умеренном ускоряющем напряжении V, т. е. с большими значениями величины I/V3/2, наз. первеансом пучка. При этом существ. роль начинает играть пространственный заряд пучка, приводящий к его размытию. Для предотвращения такого размытия может применяться направленное вдоль оси пучка магн. поле либо ряд электрич. и магн. линз, расположенных на пути эл-нов.
Поскольку Э. п. представляют собой системы, движение к-рых описывается ур-ниями механики в форме Гамильтона, то для них справедлива Лиувилля теорема. При рассмотрении св-в Э. п. без учёта его рассеяния на остаточном газе движение каждого эл-на целесообразно представлять точкой в шестимерном фазовом пр-ве, а в качестве канонич. переменных, определяющих положение этой точки, выбрать декартовы координаты эл-на х, у, z и проекции его импульса рх, ру, pz (см. ГАМИЛЬТОНА ФУНКЦИЯ). Тогда в соответствии с теоремой Лиувилля:
?dxdydzdpxdpydpz=const,
причём интегрирование ведётся по всему фазовому объёму, заполненному представляющими точками. Теорема Лиувилля во мн. случаях значительно облегчает определение поперечных размеров, апертуры, плотности тока и др. параметров пучка в разл. его частях, е9ли достаточно полно известны его параметры в к.-л. Одной его части, напр. вблизи катода. Угловой и энергетический разброс заряж. ч-ц пучка и взаимное смещение траекторий характеризуют т. н. эмиттансы пучка, связанные с проекциями его фазового объёма на соответствующие плоскости.
Применение Э. п. послужило основой для создания целых отраслей техники: электронная микроскопия, телевидение, радиолокация, техника СВЧ, электронные ускорители и др. (см. ИОННЫЕ ПУЧКИ).
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .