ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА


ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА
ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА

       
вакуумное устройство (обычно диод) для получения пучков эл-нов. Эл-ны в Э. п. вылетают из катода И ускоряются электрич. полем (рис. 1). Испускание эл-нов из катода происходит
ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА1
Рис. 1. Схема электронной пушки: 1 — катод; 2 — модулятор; 3 — первый анод; 4 — второй анод; е — траектории эл-нов.
гл. обр. в процессах термоэлектронной эмиссии, эмиссии из плазмы, автоэлектронной эмиссии. Формирование заданного распределения электронного пучка на выходе из Э. п. осуществляется подбором конфигурации и величины электрических и магнитных полей и явл. предметом электронной оптики (см. ЭЛЕКТРОННАЯ И ИОННАЯ ОПТИКА). Термин «Э. п.» чаще применяют к устройствам для формирования высокоинтенсивных электронных пучков (сильноточные Э. п.); слаботочные Э. п., представляющие собой более простые совокупности электродов и используемые в клистронах, электронно-луче вых приборах и т. д., обычно наз. электронными прожекторами (рис. 2). Токи электронных пучков в слаботочных Э. п. могут иметь значения в пределах от десятков мкА до десятков А, а энергия зл-нов — доходить до сотен кэВ.
ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА2
Рис. 2. Структурная схема осесимметричной электронной пушки, используемой в клистронах (показана в разрезе).
В сильноточной Э. п. создаются электронные пучки с существенно большими токами — до 104—107 А, энергией ускоренных эл-нов — до 10—20 МэВ и мощностью <-1013 Вт. Обычно в сильноточной Э. п. при плотностях тока ?1 кА/см2 используются холодные катоды со взрывной электронной эмиссией. Образовавшаяся при взрыве микроострий катода прикатодная плотная плазма расширяется к аноду со скоростью v= (2—3)Х106 см/с и замыкает диод за время d/v (d — расстояние катод — анод), что ограничивает длительность тока пучка через диод временами =10-8—10-6 с.
Отличит. особенность Э. п. в режимах с большими токами состоит в сильном влиянии магн. поля пучка на траектории эл-нов. Как показывает расчёт, при токе диода I?8,5(?R/mc2d) (кА) (R — радиус катода, ? — полная энергия эл-нов у анода, mc2 — их энергия покоя) собств. магн. поле пучка эл-нов заворачивает эл-ны к оси этого пучка и увлекает его к центру анода (рис. 3). Такое «сжатие» пучка у анода приводит к экранированию центр. области катода пространственным зарядом пучка, вследствие чего эл-ны испускаются гл. обр. кромкой катода. Эффект «сжатия» наиболее ярко проявляется, если пространств. заряд и его электрич. поле частично компенсируются ионами плазмы, заполняющей приосевую область диода или покрывающей поверхность анода.
ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА3
Рис. 3. Схема сильноточного диода: 1 — катод; 2 — слой катодной плазмы; 3 — типичная траектория электрона в диоде, имеющая спиралеобразную форму; 4 — типичная траектория иона в диоде; 5 — слой анодной плазмы; 6 — анод.
Плазма в диоде создаётся либо с помощью внеш. источников, либо в результате нагрева анода электронным пучком. При этом на аноде плотность тока сфокусированного пучка достигает 106—108 А/см2, а плотность потока энергии — ?1013 Вт/см2. Представление о пучке в этом случае условно, т. к. поперечная скорость эл-нов сравнима с продольной.
Если в пространстве у анода есть слой плотной плазмы, то ионы ускоряются электрич. полем к катоду, а ток в диоде переносится и эл-нами, и ионами. Теория и расчёт, подтверждаемые экспериментами, предсказывают, что в результате вз-ствия магн. поля с эл-нами их ток с увеличением R/d перестаёт нарастать (в отличие от ионного). Токи ионных пучков в сильноточных Э. п. достигают ?106A при эффективности > 70%. Эффект подавления электронных токов на периферии диода магн. полями, наз. магнитной изоляцией, используется в вакуумных передающих линиях, соединяющих источник питания с диодом Э. п. и выдерживающих без пробоя напряжённость электрич. поля ?107 В/см.
Э. п. находят широкое применение в технике и науч. исследованиях, в частности в телевиз. системах, электронных микроскопах, электронно-оптических преобразователях, используются для плавки и сварки металлов и т. д. Сильноточные Э. п. используются для нагрева плазмы, коллективного ускорения заряж. ч-ц, получения тормозного излучения, ондуляторного излучения и потоков нейтронов, генерации СВЧ-колебаний и лазерного излучения, в исследованиях по физике тв. тела.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА

-электронно-оптич. система, формирующая электронный пучок. Практически Э. п. наз. системы, формирующие высокоинтенсивные пучки с большим первеансом; системы, образующие узкие неинтенсивные пучки - электронные лучи, используемые в разл. электронно-лучевых приборах, чаще наз. электронными прожекторами (см. Электронно-лучевые приборы).

Формирование интенсивных электронных пучков (с первеансом >=10-7 А/В 3/2) системой электронных линз затруднительно, т. к. собств. пространств. заряд электронов пучка существенно искажает фокусирующие поля линз. Кроме того, само понятие "фокусировка" условно для интенсивных пучков, т. к. такие пучки принципиально невозможно свести в точку (фокус). Поскольку интенсивный пучок в свободном от электpич. и магн. полей пространстве неограниченно расширяется, формирование устойчивого интенсивного пучка определ. конфигурации возможно лишь при условии компенсации расталкивающей силы пространств. заряда электронов пучка противоположно направленными силами, создаваемыми внешними (по отношению к пучку) электрич. и магн. полями. Поэтому Э. п. должна содержать электроды, создающие вблизи границы пучка распределение потенциала, обеспечивающее равенство нулю нормальной к границе пучка составляющей напряжённости электрич. поля. Кроме того, для устойчивости пучка необходимо, чтобы при смещении электронов с границы пучка в любую сторону возникала сила, возвращающая их на границу пучка.

Задача формирования интенсивных пучков решается двумя методами - методом анализа и методом синтеза.

В первом случае конфигурацию и потенциалы электродов формирующей системы выбирают ориентировочно и рассчитывают с помощью ЭВМ траектории электронов с учётом пространств. заряда. Если полученный пучок не удовлетворяет поставленным требованиям, вносят необходимые изменения формы и потенциалов электродов и снова рассчитывают траектории и т. д., до получения пучка с требуемыми параметрами. Этот метод очень трудоёмок и требует высокой квалификации разработчика.

Большее распространение получил метод синтеза, при использовании к-рого заданными являются параметры пучка-форма, первеанс или энергия и ток пучка, а определяемыми- необходимые для формирования данного пучка электрич. и магн. поля. В этом методе решаются две задачи-внутренняя и внешняя. Внутр. задача включает решение системы ур-ний, описывающих движение электронов внутри пучка, нахождение соотношений, характеризующих электрич. и геом. параметры пучка; внешняя - нахождение электрич. полей, создаваемых системой электродов с определ. потенциалами, и магнитных, создаваемых катушками с током или пост. магнитами. Во внутр. части задачи распределение потенциала в пучке описывается ур-нием Пуассона, во внешней - распределение потенциала вне пучка описывается ур-нием Лапласа.

Метод синтеза базируется на известных решениях внутр. задач для неограниченных ламинарных потоков между двумя параллельными плоскостями, двумя соосными цилиндрами и двумя концентрич. сферами. Связь между током I и напряжением U в этих потоках описывается "законом трёх вторых" (I=PU3/2, P- первеанс); в этом случае все траектории прямолинейны и совпадают с силовыми линиями электрич. поля. Распределение потенциала вдоль любой траектории удовлетворяет соотношению U(z) = Az4/3 (A - множитель, определяемый первеансом; z- координата, отсчитываемая вдоль любой траектории). Прямолинейность траекторий означает отсутствие силы, искривляющей траекторию, т. е. равенство нулю нормальной к траектории составляющей напряжённости электрич. поля (En = 0).

Создание системы формирования интенсивных пучков с помощью электрич. поля сводится к "вырезанию" из неограниченных потоков, для к-рых известны решения внутр. задачи, ограниченных пучков необходимой конфигурации; непременным условием при этом является совпадение границы пучка с прямолинейными траекториями. Из неограниченного потока между двумя параллельными плоскостями можно сформировать пучок любого поперечного сечения с границами, перпендикулярными исходным плоскостям: напр., в виде цилиндра с образующими, совпадающими с прямолинейными траекториями (осесиммет-ричный пучок), или в виде параллелепипеда с рёбрами, совпадающими с траекториями (ленточный пучок). Из потока между двумя соосными цилиндрами можно "вырезать" клиновидный сходящийся ленточный пучок, из потока между двумя концентрич. сферами-сходящийся конический осесимметричный пучок.

Простое "отбрасывание" оставшейся вне вырезанного ограниченного пучка части потока приведёт к изменению условий на границе пучка, в частности не будет выполнено требование Е n =0. Устойчивый ограниченный пучок можно сформировать, создав вне пучка электрич. поле, эквивалентное полю пространств. заряда отброшенной части потока. Это поле должно быть создано системой электродов, расположенных вне пучка. Форма и потенциал этих электродов определяются из решения ур-ния Лапласа с граничными условиями, вытекающими из решения внутр. задачи: распределение потенциала вдоль границы пучка определяется "законом 3/2" и нормальная к границе пучка составляющая Е n =0в любой точке поверхности пучка. С достаточной для практич. целей точностью внеш. поле, формирующее устойчивый пучок, может быть создано двумя электродами - прикатодным (фокусирующим), совпадающим по форме с нулевой эквипотенциальной поверхностью, и анодным, совпадающим по форме с эк-випотенц. поверхностью, имеющей потенциал ускоряющего электрода (анода). Для пучков с прямолинейными траекториями имеются аналитич. решения внеш. задачи, согласно к-рым нулевая эквипотенц. поверхность образует с границей пучка угол 67,5°, все остальные эквипотенциали (с U>0)подходят к границе пучка под прямым углом.

Созданные на основе рассмотренного принципа системы формирования интенсивных пучков наз. системами или п у ш к а м и П и р с а. Такие Э. п. состоят из источника электронов - катода (обычно термоэлектронного), прика-тодного (фокусирующего) электрода и анода с отверстием для выхода сформированного пучка (рис. 1). Внеш. поле, формирующее пучок, должно достаточно точно соответствовать рассчитанному в непосредств. близости к границе пучка, что и определяет конфигурацию и потенциалы электродов вблизи пучка; вдали от пучка форма электродов выбирается с учётом конструктивных и технол. требований.

5113-6.jpg

Рис. 1. Электродная система пушки Пирса: 1-катод; 2 - анод; 3 - фокусирующий электрод.



Многие Э. п. должны формировать пучки с большой плотностью тока (до десятков и сотен А/см 2), в то же время реальные термокатоды имеют ограниченную эмиссионную способность и увеличение токоотбора резко снижает срок службы катодов. Поэтому используются Э. п. с большой компрессией (сжатием) электронного пучка - площадь сечения сформированного пучка на выходе из анодного отверстия в десятки и сотни раз меньше площади эмитирующей поверхности катода; наиб. распространение получили пушки Пирса, формирующие сходящиеся осе-симметричные и ленточные пучки.

Любая Э. п. не только формирует пучок необходимой формы, но и ускоряет электроны пучка до необходимой энергии электрич. полем между анодом и катодом. Магн. поле, не изменяющее энергию электронов пучка, используется для дополнит. формирования (фокусировки) пучка. Поскольку сформированный пушкой электронный пучок на выходе из анодного отверстия за счёт кулоновского расталкивания неограниченно расширяется, получение протяжённого пучка ограниченного сечения возможно лишь при компенсации расталкивающего действия пространств. заряда внеш. электрич. или магн. полями. Ограничить расширение пучка можно с помощью продольного магн. поля (однородного или уменьшающегося в направлении катода) или последовательностью электронных линз (электростатических или магнитных), расположенных вдоль пучка. В Э. п., формирующих пучки с параллельными траекториями, используется продольное однородное магн. поле, силовые линии к-рого совпадают с траекториями, а вблизи катода и с электрич. силовыми линиями, что обеспечивает существование протяжённого устойчивого пучка. В Э. п. с компрессией ограничивающее магн. поле уменьшается в прикатодной области, что обеспечивает примерное совпадение электрич. и магн. силовых линий. Такие пушки с частично экранированным катодом позволяют формировать высокопервеансные пучки.

Для формирования интенсивных трубчатых пучков (имеющих в сечении форму кольца) используются системы со скрещенными электрич. и магн. полями - магнетронные пушки. Схема электродной системы магнетронной пушки приведена на рис. 2. Внутр. катод и наружный анод конич. формы (один из электродов может иметь форму цилиндра) помещены в продольное однородное магн. поле. За счёт ускоряющего электрич. поля анода эмитированные катодом электроны движутся в направлении анода, а за счёт магн. поля траектории искривляются, приближаясь к циклоиде (как в магнетроне). При достаточно большой величине магн. индукции, большей критической, электроны перестают доходить до анода, между катодом и анодом создаётся облако пространств. заряда, вращающееся вокруг катода. Продольная составляющая электрич. поля, возникающая вследствие наклона к оси образующих катодного и анодного электродов, смещает электроны вдоль оси - формируется трубчатый электронный пучок. С помощью магнетронных пушек удаётся сформировать трубчатые электронные пучки с первеансом в несколько десятков мкА/В 3/2.


5113-7.jpg

Рис. 2. Магнетронная электронная пушка: 1-катод; 2- анод; 3 - электронный пучок.

Разновидностью систем формирования электронных пучков являются Э. п. с модуляцией тока пучка. Управление током пучка в этих пушках производится спец. управляющим электродом, к-рый может быть выполнен в виде штыря, проходящего через отверстие в середине катода, сетки, помещённой между катодом и анодом, и толстой диафрагмы, расположенной вблизи анода. Изменение потенциала управляющего электрода позволяет в широких пределах - от нуля (запирания пушки) до максимально возможного для данной системы значения - изменять ток пучка.

Лит.: Алямовский И. В., Электронные пучки и электронные пушки, М., 1966; Молоковский С. И., Сушков А. Д., Интенсивные электронные и ионные пучки, 2 изд., Л., 1991.

А. А. Жигарев.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА" в других словарях:

  • Электронная пушка — в составе электронно лучевой трубки Электронная пушка  устройство, с помощью которого получают пучок электронов с заданной кинетической энергией и заданной конфигурации. Чаще всего используется в кинескопах и других электронно лучевых тру …   Википедия

  • ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА — (электронный прожектор) служит для создания направленного потока электронов (электронного луча или пучка лучей) требуемой формы и интенсивности. Состоит из источника электронов (катода), модулятора, изменяющего интенсивность луча, и устройств его …   Большой Энциклопедический словарь

  • ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА — ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА, устройство в составе КАТОДНО ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ, например, телевизионного приемника либо осциллографа, которое излучает электроны. Они фокусируются в луч, сканирующий флуоресцентный экран, и тем самым, создается изображение …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • электронная пушка — Часть электронно лучевой трубки, генерирующая и направляющая поток электронов на экран монитора. [http://www.morepc.ru/dict/] Тематики информационные технологии в целом EN electron gun …   Справочник технического переводчика

  • Электронная пушка —         устройство для получения потоков (пучков) электронов в объёме, из которого удалён воздух (в вакууме). Электроны в Э. п. вылетают из катода и ускоряются электрическим полем (рис. 1). Испускание электронов из катода происходит главным… …   Большая советская энциклопедия

  • ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА — (электронный прожектор), устройство для создания направленного потока электронов; применяется в телевизионных трубках, рентгеновской аппаратуре, электронных микроскопах. В телевизионном приемнике электронная пушка используется для развертки… …   Энциклопедия Кольера

  • электронная пушка — (электронный прожектор), служит для создания направленного потока электронов (электронного луча или пучка лучей) требуемой формы и интенсивности. Состоит из источника электронов (катода), модулятора, изменяющего интенсивность луча, и устройств… …   Энциклопедический словарь

  • электронная пушка — elektronų prožektorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electron gun vok. Elektronenkanone, f; Elektronenstrahler, m rus. электронная пушка, f; электронный прожектор, m pranc. canon à électrons, m; canon électronique, m …   Fizikos terminų žodynas

  • электронная пушка — [electron gun] 1. Устройство для получения (эмиссии) свободных электронов, их ускорения, формирования луча и направления его на нагреваемый материал. В плавильных электронно лучевых печах применяются электронные пушки разных типов. Наибольшее… …   Энциклопедический словарь по металлургии

  • электронная пушка — устройство для создания направленного потока электронов (электронного луча или пучка лучей) требуемой формы и интенсивности. Состоит из источника электронов (катода), модулятора, изменяющего интенсивность луча, и устройств для его фокусировки.… …   Энциклопедия техники

Книги

  • Цифровой шквал, Сергей Самаров. Активность американских спецслужб на территории Грузии продолжает нарастать. Теперь они задумали высокотехнологические эксперименты над людьми. Новейшая электронная «пушка» воздействует и на… Подробнее  Купить за 99.9 руб электронная книга
  • Цифровой шквал, Самаров С.. Активность американских спецслужб на территории Грузии продолжает нарастать. Теперь они задумали высокотехнологические эксперименты над людьми. Новейшая электронная "пушка" воздействует и на… Подробнее  Купить за 80 руб
Другие книги по запросу «ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.