3.5.4. Отклонение заряженных частиц магнитным полем.

Рассмотрим частицу, с зарядом движущуюся параллельно оси х с начальной скоростью v₀ и входящую в область однородного магнитного поля, параллельного оси z рис. 25.5. со стороны х=0. Ее отклонение У_L на другой границе поля (х=L) определяется уравнением:

Рис. 26.4. Отклонение частиц магнитным полем.

У_L= (55.4)

В соответствии со знаком силы Лоренца У_L отрицательно для положительно заряженной частицы. Наклон траектории на выходе из локализации поля определяется первой производной у по х и определяется из равенства:

. (56.4)

Полное отклонение на экране, расположенном в области, за пределами поля, определяется равенством:

У= (57.4)

С учетом ускоряющего потенциала для скоростей много меньших чем скорость света:

. (58.4)

Из указанных равенств следует, что отклонение частицы зависит от отношения её заряда к массе (удельного заряда). В этом и заключается фундаментальное различие между магнитными и электростатическими отклоняющими системами.

а б

Рис.27.4. Магнитные катушки (дефлекторы) для отклонения (сканирования) электронных пучков: а) - седловая, б) - тороидальная.

Разброс величины отношений q/m представляет собой серьезное препятствие только в том случае, когда требуется отклонить пучок различных ионов одной и той же системы. С другой стороны магнитное поле может быть использовано для разделения частиц по массе. В этом случае эффективность отклонения в магнитном поле определяется отношением У/B и может быть увеличена уменьшением ускоряющего напряжения. Основное применение магнитных отклоняющих систем нашло при создании растровых разверток позволяющих создавать сканирующие электронные пучки. Обычно для сканирования используют два типа дефлекторов магнитных катушек (рис. 26.5,а,б), приближённые выражения для компонент вектора индукции магнитного поля даются следующими равенствами:

B_x≈−₀₁(z), (59.4)

B_y≈−₀₁(z), (60.4)

B_z≈−₀[ (z)x+ (y), (61.4)]

где _о=4 10^-7Гн/м магнитная постоянная; (z) и (z) функции для магнитного скалярного потенциала. Данные выражения справедливы в окрестности оптической оси. Для больших отклонений потребуется включить большее количество членов. Поскольку пучок распространяется в основном вдоль оптической оси z, то компонента В_х отвечает за отклонение в направлении оси у, а компонента В_у обеспечивает отклонение в направлении оси х.

Рис. 28.4. Схема устройства простейшей электронно-лучевой трубки с магнитным управлением лучом.

На рис. 28.4 показана схема устройства электронного прожектора с фокусировкой электронного пучка с помощью короткой магнитной линзы (ФК) и отклоняющими магнитными катушками (ОК). В данном прожекторе роль модулятора и анода выполняет внутреннее графитовое покрытие. Короткофокусная электронно оптическая система создается неоднородным электрическим полем между катодом, модулятором и анодом. При этом анодное напряжение U_а подается непосредственно на графитовое покрытие. Магнитная фокусирующая катушка, надетая на горловину трубки, играет роль длиннофокусной электронно оптической системы.

Чувствительность электронно лучевого прожектора с катушками магнитного отклонения (рис. 28.4) обратно пропорциональна корню квадратному из ускоряющего напряжения (см. формула 58.4), а не напряжению как при электростатическом отклонении. Это позволяет с помощью большого анодного напряжения получить очень яркое светящееся пятно при относительно небольшой потере чувствительности трубки. Отсутствие отклоняющих пластин в этих трубках позволяет получить больший угол отклонения электронного луча (2 =110^о).

Следует отметить, что отклоняющие магнитные катушки потребляют мощность. Это существенный недостаток электронно-лучевых трубок с магнитным управлением электронного пучка. Они малопригодны для исследования периодических процессов и получения осциллограмм, так как необходимо создавать ток, протекающий по индуктивному сопротивлению Y – катушек, прямо пропорциональной анализируемой физической величине. Это же предопределяет и худшие частотные свойства электронных прожекторов с магнитным управлением пучка. Они обычно используются в устройствах, имеющих строго постоянный закон движения светящегося пятна по экрану.