电子束线的电聚焦与磁聚焦.doc

《电子束线的电聚焦与磁聚焦.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、实验3—12电子束线的电聚焦与磁聚焦【实验目的】1．研究带电粒子在电场和磁场中聚焦的规律。2．了解电子束线管的结构和原理。3．掌握测量电子荷质比的一种方法。【实验仪器】O图3－12－1KA1电子轨迹图3－12－3θ电子电力线等位线ZF’rFF’zFzFrF电力线ZV1V2图3－12－2V1V2A1A1A2A2等位面G型电子束实验仪，直流稳压电源。【实验原理】1．电聚焦原理从示波管阴极发射的电子在第一阳极A1的加速电场作用下，先会聚于控制栅孔附近一点（图3－12－1中O点），往后，电子束又散射开来。为了在示波管荧光屏上得到一个又亮又小的光点，必须把

2、散射开来的电子束会聚起来，与光学透镜对光束的聚焦作用相似，由第一阳极A1和第二阳极A2组成电聚焦系统。A1、A2是两个相邻的同轴圆筒，在A1、A2上分别加上不同的电压V1、V2，当V1>V2时，在A1、A2之间形成一非均匀电场，电场分布情况如图3－12－2所示，电场对Z轴是对称分布的。电子束中某个散离轴线的电子沿轨迹S进入聚焦电场，图3－12－3画出了这个电子的运动轨迹。在电场的前半区，这个电子受到与电力线相切方向的作用力F。F可分解为垂直指向轴线的分力Fr与平行于轴线的分力FZ。Fr的作用使电子向轴线靠拢，FZ的作用使电子沿Z轴得到加速度。电子

3、到达电场后半区时，受到的作用力F’可分解为相应的F’r和F’Z两个分量。F’z分力仍使电子沿Z轴方向加速，而F’r分力却使电子离开轴线。但因为在整个电场区域里电子都受到同方向的沿Z轴的作用力（FZ和F’Z），由于在后半区的轴向速度比在前半区的大得多。因此，在后半区电子受F’r的作用时间短得多。这样，电子在前半区受到的拉向轴线的作用大于在后半区受到离开轴线的作用，因此总效果是使电子向轴线靠拢，最后会聚到轴上某一点。调节阳极A1和A2的电压可以改变电极间的电场分布，使电子束的会聚点正好与荧光屏重合，这样就实现了电聚焦。2．磁聚焦原理图3－12－4hB

4、（Z）v⊥vv∥将示波管的第一阳极A1，第二阳极A2，水平，垂直偏转板全连在一起，相对于阴极板加一电压VA，这样电子一进入A1后，就在零电场中作匀速运动，这时来自交叉点（图3－12－1中O点）的发散的电子束将不再会聚，而在荧光屏上形成一个面积很大的光斑。下面介绍用磁聚焦的方法使电子束聚焦的原理。在示波管外套一载流长螺线管，在Z轴方向即产生一均匀磁场B，电子离开电子束交叉点进入第一阳极A1后，即在一均匀磁场B（电场为零）中运动，如图3－11－4所示。v可分解为平行B的分量v∥和垂直于B的分量v⊥，磁场对v∥分量没有作用力，v∥分量使电子沿B方向作匀

5、速直线运动；V⊥分量受洛仑兹力的作用，使电子绕B轴作匀速圆周运动。因此，电子的合成运动轨道是螺旋线（见图3－11－4），螺旋线的半径为（3－12－1）式中m是电子的质量，e是电子的电荷量。电子作圆周运动的周期为（3－12－2）从（3－12－2）式看出，T与v⊥无关，即在同一磁场下，不同速度的电子绕圆一周所需的时间是相等的，只不过速度大的电子绕的圆周大，速度小的电子绕的圆周小而已。螺旋线的螺距为　　　　　　h＝Tv∥＝v∥（3－11－3）在示波管中，由电子束交叉点射入均匀磁场中的一束电子流中，各电子与Z轴的夹角θ是不同的，但是夹角θ都很小。则v∥＝

6、由于v⊥不同，在磁场的作用下，各电子将沿不同半径的螺旋线前进见（3－12－1）式），但由于各电子的v∥分量近似相等，其大小由阳极所加的电压VA决定，因为　　　　　　v∥2＝即v∥＝图3－12－5h所以各螺旋线的螺距是相等的（见（3－12－3）式）。这样，由同一点O出发的各电子沿不同半径的螺旋线，经过同一距离h后，又重新会聚在轴线上的一点，如图3－12－5所示。调节磁场B的大小，使l／h＝n’为一整数（l是示波管中电子束交叉点到荧光屏的距离），会聚点就正好与荧光屏重合，这就是磁聚焦。3．电子荷质比的测定利用磁聚焦系统，调节磁场B，当螺旋线的螺距h正

7、好等于示波管中电子束交叉点到荧光屏之间的距离l时，在屏上将得到一个亮点（聚焦点）。这时　　　　　　　即得　　　　　（3－12－4）式中l、B由每台实验仪器给出数据。其中聚焦线圈中的平均磁场由公式（3－12－5）求出。式中的I为流过磁聚焦线圈的电流，n为单位长度螺线管圈数，B的单位为特斯拉。为了减小I的测量误差，可利用一次、二次、三次聚焦时对应的励磁电流求平均，因为第一次聚焦时的电流为I1，二次聚焦的电流为2I1，即磁场强一倍，相应电子在示波器内绕Z轴转两圈。同理，三次聚焦的电流I3应为3I1…。所以有（3－12－6）将代入实验仪器给出的B计算式中

8、，求出B。再将V2、l、B值代入公式（3－12－4）中，即可求出不同加速电压V2时的电子荷质比e／m，与标准值相比较，即可求出相对误差。