Метод магнитной фокусировки Буша

Электронная и ионная оптика – наука о поведении пучков электронов и ионов в вакууме под воздействием электрических и магнитных полей. Т. к. изучение электронных пучков началось ранее, чем ионных, и первые используют гораздо шире, чем вторые, весьма распространён термин «электронная оптика». Электронная и ионная оптика занимается главным образом вопросами формирования, фокусировки и отклонения пучков заряженных частиц, а также получения с их помощью изображений, которые можно визуализировать на люминесцирующих экранах или фотографических плёнках. Такие изображения принято называть электроннооптическими и ионнооптическими изображениями. Развитие электронной и ионной оптики в значительной степени обусловлено потребностями электронной техники.

Зарождение электронной и ионной оптики связано с созданием в конце 19 в. электроннолучевой трубки (ЭЛТ). В первой осциллографической ЭЛТ, изготовленной в 1897 г. К. Ф. Брауном, электронный пучок отклонялся магнитным полем. Отклонение с помощью электростатического поля осуществил в своих опытах по определению отношения заряда электрона к его массе Дж. Дж. Томсон, пропуская пучок через плоский конденсатор, помещенный внутри ЭЛТ. В 1899 г. немецкий физик И. Э. Вихерт применил для фокусировки электронного пучка в ЭЛТ катушку из изолированной проволоки, по которой протекал электрический ток. Однако лишь в 1926 немецкий учёный Х. Буш теоретически рассмотрел движение заряженных частиц в магнитном поле такой катушки и показал, что она пригодна для получения правильных электроннооптических изображений и, следовательно, является электронной линзой (ЭЛ). Катушки создают магнитное поле, перпендикулярное потоку электронов. Пролетая в поле катушек, электроны искривляют свою траекторию, а после выхода из магнитного поля движутся прямолинейно по уже измененному направлению. Отклонение пятна на экране тем больше, чем больше ток, питающий катушки. Для отклонения в вертикальной и горизонтальной плоскостях на трубку действуют двумя парами катушек во взаимно перпендикулярных направлениях.

Сущность метода фокусировки Буша заключается в следующем, электроны, летящие вдоль оси трубки, не испытывают воздействия поля катушки и движутся прямо к экрану. Электроны же, отклоняющиеся от оси трубки, приобретают составляющую скорости, перпендикулярную линиям магнитного поля. Эти электроны «закручиваются» в сторону оси трубки. Напряженность магнитного поля должна быть подобрана такой, чтобы электроны встречались в одной точке на поверхности экрана. Это достигается регулировкой постоянного тока, питающего катушку. То есть, здесь имеем случай, когда в однородном магнитном поле начальная скорость электронов V₀ образует некоторый малый угол А, с направлением вектора магнитной индукции В. Электроны движутся по винтовой линии с осью винта, параллельной вектору В. За каждый оборот электроны по винтовой линии перемещаются на шаг винта, и на расстоянии 2х все электроны снова пройдут через одну точку, то есть будут сфокусированы.

В данном эксперименте на трубку 13Л036В надевается соленоид С. Обмотка, намотанная виток к витку, содержит 6000 витков провода ПЭЛ 1,0. Длина соленоида 250 мм, толщина обмотки 35 мм. Данные соленоида не критичны.

Трубка каоксионально закрепляется в соленоиде. Соленоид вместе с трубкой закрепляется к основанию. Обмотка соленоида через реостат (100 Ом) и выключатель последовательно подсоединяется к источнику постоянного тока (100-150 В).

На вертикальный вход ЭО-7 подается переменное напряжение U = 6,3 В и дается небольшая развертка. На экране видна светящаяся полоска. В трубке 13ЛО36В электроны проходят путь от К до Э в однородном магнитном поле соленоида С. Далее, регулируя величину тока реостатом, подбирают такую величину магнитной индукции В, чтобы все пролетающие через точку О под разными углами электроны были сфокусированы в точку. На экране в этом случае светящаяся полоска сжимается в точку.

Данный опыт отражает движение электронов в генераторах бегущих волн, в генераторах обратной волны и в генераторах класса М, имеющих магнитную фокусировку. Современные кинескопы в телеприемниках имеют магнитную фокусировку и магнитное отклонение.