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《磁聚焦法测定电子比荷实验探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、实验室研究与探索1998年第1期LABORATORYRESEARCHANDEXPLORATION39磁聚焦法测定电子比荷实验的探讨康垂令(江汉石油学院物理教研室荆州市434102)摘要对磁聚焦法测电子比荷实验中偏转法与零场法的优缺点进行了讨论,并提出了改进实验的意见。关键词电子比荷磁聚焦法偏转法零场法用磁聚焦法测电子比荷有两种方法,即偏转法和零场法,其基本原理相同,电子比荷的实验公式为:22e8Uk.1-=(1)m0nIl式中0为真空中磁导率,n为单位长度上线圈匝数,I为励磁电流,为因螺线管不是无限长而
2、引进的小于1的修正系数,k为聚焦序数,U为加速电压,l为电子束交叉点到荧光屏的距离。本文就这两种方法的优缺点进行讨论。1偏转法中l的值无法确定在偏转法中,磁聚焦的过程是先将电子束电聚焦在荧光屏上成为一个光点,然后在偏转板上加一交变电压使亮点变成一亮线,再加匀强磁场,并连续改变励磁电流,使亮线边旋转、边缩短成为一亮点。这种方法的优点是磁聚焦过程明显,能清楚地判断一次、二次、三次磁聚焦,进而较准确地测出各次磁聚焦的励磁电流。然而,它有一个很大的缺点,电子束交叉点到荧光屏距离l的值难以准确确定。不少实验教材认为l的起点大致在偏转电极的中部,
3、笔者认为这是错误的。(1)由于电聚焦,在阳极与聚焦极组成的静电透镜前只有一个电子束交叉点(物点),它应在栅极顶端小孔附近处;静电透镜后也只有一个电子束交叉点(象点),它应在荧光屏上,如图1所示。由于在偏转板以后没有静电透镜,如果该静电透镜在偏转板处形成电子束交叉,必然会在荧光屏上出现一个很大的电子束散斑,如图2。这就表明没有达到电聚焦的目的。(2)对于某一次磁聚焦,电子束在进入偏转电极之前已经旋转。电子束从栅极小孔出射后,在进入加束电场与聚焦电场的同时,也进入了螺线管内的匀强磁场。具有某一横向速度v1的电子就作旋转半径R与螺
4、距都变化的螺旋运动。由于电聚焦的作用,横向速度变小,将使旋转半径R变小。R=mv/(eB)(2)收稿日期:1997082040实验室研究与探索1998年第1期图1电聚焦图2电聚焦点在偏转板处时屏上为散斑同时,由于加速电场与聚焦电场的加速,纵向速度v变大,其螺距h会变大。h=2mv/(eB)(3)因为只有它从静电透镜出来以后才作等螺距的螺旋运动,即经偏转电极后,又获得较大的横向速度,此后便作等螺距等旋转半径的螺旋运动,这就使得用不变的纵向速度v导出的公式(1)已不适用。如果还用公式(1)计算电子比荷,可
5、以引进等效距离l。不过可以肯定l的等效起点决不在偏转电极中部,也不是栅极处的小孔,而且随加速电压、聚焦电压、励磁电流而变,并非固定值。要计算等效的l值,必须综合考虑栅极、加速极、聚焦极的形状及间距,即考虑所形成的静电透镜,以及栅极电压、加速电压、聚焦电压与励磁电流的数值,这显然是十分困难的工作。2零场法不易辨明较高序数的磁聚焦为了避免电偏转法中电子束交叉点与荧光屏之间距离l难以准确确定的困难,人们设计出了零场法。此法将加速电极、聚焦电极、偏转电极用导线联在一起,如图3所示。电子从栅极小孔出射后,不通过电聚焦,也不经电偏转而任其散焦,经
6、加速后直接进入零电场中。这样,电子只有在栅极与加速电极间的很小距离内纵向加速,此时才在螺线管的匀强磁场中作变螺距的螺旋运动。但因距离很小,只有1~2mm,故可认为电子从栅极小孔出射后一直作等螺距的螺旋运动而到达荧光屏,所以可以认为l是栅极小孔到荧光屏的距离。零场法第一次磁聚焦还可以清晰可辨,但第二次、第三次磁聚焦过程的辨明就比较困难,而且随磁聚焦序数的增加辨明的困难程度更大。为此,若设想不加磁场,即在零磁场中电子自由散焦在荧光屏上而得到的光斑半径为r0,如图3所示,它应为:康垂令:磁聚焦法测定电子比荷实验的探讨41r0=ltg=lv
7、/v(4)其中v为电子的最大横向速度,v为电子被加速后的纵向速度。当加上磁场后,改变励磁电流使电子旋转的螺距为h1=2l时,屏上光斑半径r1应为以速度v的电子旋转的直径2R,如图4所示,由(3)式得eB1=2mv/h1=mv/l(5)代入(2)式,有mvlvR1=mv=(6)lv可得:r1=2R1=2(l/)(v/v)=2r0/0.64r0第一次磁聚焦后,改变励磁电流,屏上光斑变大,当励磁电流使得l为螺距h的1.5倍,即h=2l/3时,光斑又变为极大,此时有eB2=2mv/h=3mv/l(
8、7)其光斑半径应为3mv2r0r2=2R2=2mv=3=r1/3=0.21r0(8)l在以后的聚焦过程中,当荧光屏处于半螺距处,即1l=(n-)h(n=1,2,)(
