[电子行业企业管理]实验十四电子束的电聚焦和磁聚焦实验十八电子束线的电聚焦

1、（电子行业企业管理）实验十四电子束 的电聚焦和磁聚焦实 验十八电子束线的电实验十四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SJ SS 2 型电子束实验仪。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 4 181 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 Ai和第二阳极A2组成电聚焦 系统。Ai、A是两个相邻的同

2、轴圆筒，在 Ai、A2上分别加上不同的电压 Vi、 V2，当ViV2时，在Ai、A2之间形成一非均匀电场，电场分布情况如图 4 一 i82 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4 i8 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FzoFr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

3、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 Al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 磁聚焦原理将示波管的第一阳极 Ai，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Ai后，就在零电场中作匀速运动,这时来自交叉点（图4 18 1中O点）的发散的电子束将不再会聚，而

4、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 Ai后，即在一均匀磁场B (电场为零)中运动， 如图4 18 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方向作匀速直线运动；V丄分量受 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 4184)，螺旋线的半径为(4181)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(4182)从(4 18 2)式看出，T与v

5、丄无关，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 / (4 18 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B是不同的，但是夹角B都很小。贝U由于v丄不同，在磁场的作用下，各电子将沿不同半径的螺旋线前进见 (4v/=18 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VA2=S卩 V/ =所以各螺旋线的螺距是相等的（见（ 4183）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

6、h 后，又重新会聚在轴线上的一 点，如图4 18 5所示。调节磁场B的大小，使1/h = n 为一整数（I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正好等于示波管中电子 束交叉点到荧光屏之间的距离 I 时，在屏上将得到一个亮点（聚焦点） 。这时 即得（ 4184）式中I、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（ 4 18 5）求出（见实验十三图 4132）。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

7、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Ii, 二次聚焦的电流为2Ii，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13应为3li。所以有(4 18 6)将代入实验仪器给出的B计算式中，求出B。再将 V、I、B值代入公式(4 18 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。对于SJ- SS 2型电子束实验仪，螺线管中心部分的磁场视为均匀的平 均磁场，则有式中D为螺线管平均直径，L为螺线管长度，N为螺线管线圈匝数。实验内容1 .观察电聚焦现象V1AlA2V2电源2图 418 6(1) 将“功能选

8、择”置于“电聚”位置，按图 4 18 6插入导联线。(2) 接通“高压电源开”保持辉度适中(不可太亮，以免烧坏荧光屏)， 置V2旋钮于最大值，调节 V1，使光点聚焦，读取 V2及V1的数值，求出电压 比 V2 /V1。(3) 保持V2、V1旋钮不变，调节“高压调节”旋钮，使 V2、V1同时按比例变化，观察光点不应散焦，并读取不同组合聚焦时的V2、V1数值，计算出相应的电压比。(4)数据记录。加速极电压V2 (伏)15001400130012001100聚焦极电压V1 (伏)电压比V2/V12 观察磁聚焦现象(1) 将“功能选择”置于“磁聚”位置，按图 4 18 - 7插入导联线， 并松开示波管

9、尾部导轨两定位螺钉，将示波管往后拉到定位板处，使示波管处 于螺线管中间位置。(2) 接通“高压电源开”，调节辉度，使荧光屏上出现稍暗的散焦光斑， 调节X、Y位移旋钮，将光斑移到坐标中心，调节“高压调节”及“辅助聚焦” 旋钮，使V2值最大。(3 )检查“励磁电流”旋钮，反时针复位到零，接通“励磁电源开”，顺 时针调节“励磁电流”，使荧光屏上光斑聚焦，并记下聚焦点位置。反时针调节 “励磁电流”降到零后，重调 X、Y位移，使光斑中心落于聚焦点位置上。(4) 保持X、Y位移不变，调节“励磁电流”使光斑进行第一次聚焦， 并从mA V表及KV表读取11值及V2值。继续增加励磁电流使已聚焦的光点 T散焦T聚焦T散焦T聚焦，并读取相应聚焦时的电流 |2、|3。(5) 调节“辅助聚焦V2”及“高压调节”旋钮，使V2为V2A1000伏的另一数值，重复方法4，读取相应V2时的聚焦电流11、12、13。（6）数据记录：实验仪器编号：参数：l=、D=、L=、N =加速电压（伏）150014001300第一次聚焦时励磁电流Il （毫安）第二次聚焦