Вакуумные приборы

Страница 2

5. Электронный осциллограф.

Электронным осциллографом называют электроннолучевую трубку, применяемую для исследования быстропротекающих электричес­ких процессов. Слово осциллограф означает «записывающий колебания». На первый конденсатор C1 осциллографа накладывается изменяющееся во времени пилообразное напряжение (рис. 5.1). На протяжении каждого периода оно сначала плавно растет, а затем мгновенно падает. Поэтому пятнышко на экране движется сначала слева направо, а потом мгновенно возвращается в исходное положение, а так как частота колебаний на­пряжения велика, то глаз все время видит горизонтальную светлую прямую. Если, на­пример, на пластины второго конденсатора г. вертикально направленным полем подать напряжение синусоидального переменного городского тока (v = 50 Гц), то при одновременном действии конденсаторов электронный луч опи­шет развертку синусоидальных колебаний, представляющую собой осциллограмму исследуемого напряжения.

6. Рентгеновская трубка.

Электрический ток в вакууме применяют для получения рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи испускаются любым веществом, которое бомбардируется быстрыми электронами. Для получения интенсивного пучка этих лучей Рентген (в 1895 г. открыл эти лучи) построил специальную трубку, состоящую из хорошо откачанного стеклянного шара (рис. 6.1), в который впаяны три металлических электрода: катод К в виде сферической чашечки, анод А и антикатод АК. Элект­роны, вылетающие нормально к поверхности катода, попадают в его центр кривизны С, лежащий на антикатоде, изготовленном из туго­плавкого металла. Антикатод установлен под углом 45° к катоду для наиболее удобного использования выходящих из него рентгеновских лучей. Накапливание на антикатоде отрицательного электрического заряда могло бы привести к прекращению работы трубки, поэтому он соединен с анодом.

В современных рентгеновских трубках (рис. 6.2) роль катода выполняет электронная пушка — вольфрамовая спираль, нагревае­мая током и служащая источником свободных электронов. Фокуси­ровка электронного пучка производится цилиндром Ц Антикатод трубки является одновременно анодом. Такие трубки работают устой­чивее, чем первая модель.

На рентгеновскую трубку любой конструкции подается напряже­ние в несколько десятков киловольт.

Рентгеновские лучи широко используют в медицине, технике и научных исследованиях. Приведем несколько примеров. При помощи рентгеновских лучей можно получить на флуоресцирующем экране или на фотографической пленке изображение не только костей, но и внутренних органов человека (например, желудка). Облучение этими лучами применяют при лечении злокачественных опухолей. С помощью рентгеновских лучей обнаруживают изъяны в литых металлических изделиях — раковины или трещины становятся видимыми на флуорес­цирующем экране в виде светлых пятен на тени от изделия. Большую роль играют рентгеновские лучи при изучении строения кристаллов.

7. Электронно-оптический преобразователь (ЭОП).

ЭОП – это вакуумный фотоэлектронный прибор для преоб­разования невидимого глазом изоб­ражения объекта (в ИК, УФ и рентгеновских лучах) в видимое либо для усиления яркости видимого изображения. В ос­нове действия ЭОП лежит преобразо­вание оптического или рентгеновского изображения в электронное с помощью фотока­тода, а затем электронного изобра­жения в световое (видимое), получа­емое на катодолюминесцентном экране. В ЭОП (рис. 7.1) изображение объекта А проецируется с помощью объектива О на фотокатод Ф (при использовании рентгеновских лучей теневое изображение объекта проецируется на фотокатод непосредственно). Излуче­ние от объекта вызывает фотоэлект­ронную эмиссию с поверхности фотокатода, причём величина эмиссии с разных участков последнего изменя­ется в соответствии с распределением яркости спроецированного на него изображения. Фотоэлектроны уско­ряются электрическим полем на участке между фотокатодом и экраном, фоку­сируются электронной линзой (ФЭ — фокусирующий электрод) и бомбар­дируют экран Э., вызывая его люми­несценцию. Интенсивность свечения отдельных точек экрана зависит от плотности потока фотоэлектронов, вследствие чего на экране возникает видимое изображение объекта. Раз­личают ЭОП одно- и многокамерные (каскадные); последние представ­ляют собой последовательное соединение двух или более однокамерных ЭОП.

В некоторых типах ЭОП изображение регистрируется матрицей из электронночувствительных элементов (в количестве 10— 100), установленной вместо люми­несцентного экрана.

ЭОП применяются в ИК технике, спектроскопии, медицине, ядерной физике, астрономии, телевидении, для пре­образования УЗ изображения в ви­димое. Современные многокамерные ЭОП по­зволяют регистрировать на фотоэмуль­сии световые вспышки (сцинцилляции) от одного электрона, испускаемого вход­ным фотокатодом.

8. Электронный проектор.

Электронный проектор – это авто-электронный микроскоп, безлинзовый электронно-оптический прибор для полу­чения увеличенного в 105—106 раз изображения поверхности твердого тела. Электронный проектор был изобретен в 1936 нем. физи­ком Э. Мюллером.

Основные части Э. п.: катод в виде проволочки с точечным эмиттером па конце, радиус кривизны которого r~10-7—10-8 м; стеклянная сферическая или конусообразная колба, дно которой покрыто слоем люминофора; анод в виде проводящего слоя на стен­ках колбы или проволочного кольца, окружающего катод. Из колбы отка­чивается воздух (остаточное давле­ние ~10-9—10-11 мм рт. ст.). Когда на анод подают положительное напряжение в несколько тыс. Вольт относительно располо­женного в центре колбы катода, на­пряжённость электрического поля в непосредственной близости от точечного эмит­тера (острия) достигает 107—108 В/см. Это обеспечивает интенсивную авто-электронную эмиссию. При обычной форме катода электроны эмитировались преимущественно с мест локального увеличения напряжённости поля над небольши­ми неровностями и выступами поверх­ности эмиттера. Применение точеч­ных эмиттеров, сглаженных поверх­ностной миграцией атомов металла при повышенных температурах в хорошем вакууме, позволило получить устой­чивые токи.

Эмитированные электроны, ускоряясь в радиальных (относительно острия) направлениях, бомбардируют экран, вызывая свечение люминофора, и создают на экране увеличенное конт­растное изображение поверхности катода, отражающее её кристаллическую струк­туру. Контраст автоэлектронного изображе­ния определяется плотностью эмис­сионного тока, которая зависит от ло­кальной работы выхода, изменяющей­ся в зависимости от кристаллографического строения поверхности эмиттера и от величины поля у поверхности эмиттера. Увеличение в Э. п. равно от­ношению R/br, где R — расстояние катод — экран, b — константа, за­висящая от геометрии трубки.

Электронные проекторы применяются для изучения автоэлектронной эмиссии металлов и полупроводников, для определения работы выхода с разных граней моно­кристалла и пр. Для наблюдения фа­зовых превращений, изучения ад­сорбции атомов различных веществ на металлической или полупроводниковой поверхности и т. д. Э. п. используют весьма огра­ниченно, т. к. намного большие воз­можности в этих отношениях даёт применение ионного проектора.

9. Электронограф.

Электронограф - прибор для ис­следования атомного строения твердых тел и газовых молекул методами электро­нографии. (Электронография – это метод изу­чения структуры веществава, основанный на исследовании рассеяния образцом ускоренных электронов. Применяется для изучения атомной структуры кристаллов, аморфных тел и жидкостей, молекул газов и паров). Электронограф — вакуумный прибор. В колонне, основном узле электронографа, электроны, ис­пускаемые раскалённой вольфрамо­вой нитью, разгоняются высоким на­пряжением (от 30 кВ и выше — быстрые электроны и до 1 кВ — медленные электроны). С помощью диафрагм и магнитнфх линз формируется узкий электронный пу­чок, направляемый на исследуемый образец, находящийся в специальной камере объектов и установленный на специальном столике. Рассеянные электроны попадают в фотокамеру, и на фотопластинке (или экране) создаётся дифракционное изображение (электронограмма). Зависимость интенсивности рассеянных электронов от угла рассеяния может измеряться с помощью электронных приборов. Электронографы снабжают различными устройствами для нагревания, охлаждения, испарения образца, его деформации и т. д.