Большая Советская Энциклопедия (ЭЛ)

Большая Советская Энциклопедия

Лит. см. при ст. Электронная и ионная оптика .

В. М. Кельман, И. В. Родникова.

Рис. 9. Дублет из двух квадрупольных электростатических линз, поля которых повёрнуты вокруг оптической оси z системы одно относительно другого на угол 90°.

Рис. 6. Сечения электродов электростатических цилиндрических линз плоскостью, проходящей через ось г перпендикулярно к средней плоскости: а — цилиндрическая (щелевая) диафрагма; б — иммерсионная цилиндрическая линза; в — одиночная цилиндрическая линза; г — катодная цилиндрическая линза; V1, V2 — потенциалы соответствующих электродов.

Рис. 1. Диафрагма с круглым отверстием (собирающая): 1 — электрод-диафрагма; 2 —

сечения эквипотенциальных поверхностей электростатического поля плоскостью рисунка; 3 — траектория электронов; F — фокус линзы. Однородное поле пимыкает к диафрагме слева. При эквипотенциалях проставлены соответствующие им значения потенциалов в произвольных единицах, причём принято, что потенциал равен нулю там, где равна нулю скорость частиц; V = 30 — потенциал электрода. Продольная составляющая E z напряженности E электрического поля тормозит электроны, поперечная составляющая Er — их фиксирует.

Рис. 8. Сечения квадрупольных электростатической (а) и магнитной (б) электронных линз, перпендикулярные направлению движения пучка заряженных частиц: 1 — электроды; 2 — силовые линии полей.

Рис. 7. Электростатическая трансаксиальная линза с электродами в виде двух соосных цилиндров и с кольцевыми щелями для пропускания пучка частиц: 1 — цилиндрические электроды; 2 — траектории заряженных частиц; V1 и V2 — потенциалы электродов. Пучок, выходящий из точки А предмета, после прохождения поля линзы становится астигматическим и образует два линейных изображения В и B'. При определённом подборе параметров линза может давать стигматическое (точка в точку) изображение.

Рис. 4. Магнитная линза с полюсными наконечниками: 1 - катушка возбуждения; 2 - панцирь; 3 - наконечники. Панцирь служит магнитопроводом. Полюсные наконечники концентрируют магнитное поле на небольшом участке вблизи оптической оси линзы z.

Рис. 3. Катодная электронная линза: 1 - катод; 2 - фокусирующий электрод; 3 - анод; тонкие линии - такие же сечения эквипотенциальных поверхностей, как и на предыдущих рисунках. На верхней шкале проставлены значения потенциалов (на катоде потенциал принят равным нулю); О - одна из точек катода, испускающая электроны; заштрихованное пространство - сечение области, занятой потоком электронов.

Рис. 5. Электростатические цилиндрические линзы: а — диафрагма со щелью; б — иммерсионная линза, составленная из двух пар пластин. В области прохождения заряженных частиц поля линз не изменяются в направлении, параллельном щелям диафрагм или зазорам между пластинами соседних электродов.

Рис. 2. Иммерсионные электронные линзы, состоящие из двух диафрагм (а) и двух цилиндров (б): тонкие линии — сечения эквипотенциальных поверхностей плоскостью рисунка; кривые со стрелками — траектории заряженных частиц; V1 и V2 — потенциалы электродов.

Электронные приборы

Электро'нные прибо'ры, приборы для преобразования электромагнитной энергии одного вида в электромагнитную энергию другого вида, осуществляемого посредством взаимодействия электронов (движущихся в вакууме, газе или полупроводнике) с электромагнитными полями. К Э. п. относятся электровакуумные приборы (кроме ламп накаливания) и полупроводниковые приборы .

Протекающие в Э. п. процессы чрезвычайно разнообразны. Так, в электронных лампах и вакуумных приборах СВЧ (клистронах , магнетронах , лампах бегущей волны и т. д.) электроны, испускаемые катодом, взаимодействуют с постоянным и переменным электрическими полями. В результате взаимодействия с постоянным полем кинетическая энергия электронов увеличивается; в результате взаимодействия с переменным полем постоянный электронный поток превращается в переменный и часть кинетической энергии электронов преобразуется в энергию электрических колебаний. В вакуумных индикаторах и электроннолучевых приборах электроны ускоряются постоянным электрическим полем и бомбардируют мишень (например, экран, покрытый люминофором ); при взаимодействии электронов с мишенью часть их кинетической энергии преобразуется в электромагнитную энергию (например, световую). В вакуумных фотоэлектронных приборах (вакуумных фотоэлементах , фотоэлектронных умножителях и др.) электроны, эмитируемые фотокатодом под действием оптического излучения, ускоряются постоянным электрическим полем и направляются на анод. В результате энергия оптического излучения преобразуется в энергию электрического тока, текущего в анодной цепи такого Э. п. В рентгеновских трубках энергия электронов, ускоренных на пути от катода к аноду (антикатоду), при ударе электронов об анод частично преобразуется в энергию рентгеновского излучения. В ионных приборах (газоразрядных приборах) электроны, ускоренные постоянным электрическим полем, сталкиваются с молекулами газа и либо ионизируют их, либо переводят в возбуждённое состояние. Такие газоразрядные приборы, как ртутные вентили , газотроны , тиратроны , таситроны , по принципу преобразования энергии

аналогичны электровакуумным диодам и триодам; основное отличие состоит в том, что в газоразрядных приборах ионы газа нейтрализуют пространственный заряд потока электронов и этим обеспечивают прохождение через прибор огромных токов (например, в ртутных вентилях — до тысяч а) при сравнительно малых анодных напряжениях (15— 20 в). В газоразрядных источниках света и индикаторах газоразрядных каждая возбуждённая молекула газа при переходе в равновесное состояние излучает световую энергию. В люминесцентных лампах световую энергию излучают молекулы люминофора, возбуждённые ультрафиолетовым излучением разряда. В квантовых газоразрядных приборах (газовых лазерах , квантовых стандартах частоты и др.) возбуждённые молекулы газа, взаимодействуя с электромагнитными колебаниями, усиливают их при своём переходе в невозбуждённое состояние.

Преобразование энергии в полупроводниковых приборах основано на том, что в полупроводнике, как и в вакууме, можно создавать постоянные электрические поля и осуществлять управление движением носителей заряда . В основе работы полупроводниковых приборов лежат следующие электронные процессы и явления: эффект односторонней проводимости при протекании тока через запирающий слой электронно-дырочного перехода (р — n- перехода) или потенциального барьера на границе металл—полупроводник (см. Шотки диод ); туннельный эффект ; явление лавинного размножения носителей в сильных электрических полях; акусто-, оптико-, термоэлектрические эффекты в диэлектрических и полупроводниковых материалах и т. д. На использовании эффекта односторонней проводимости основана работа полупроводниковых диодов . В транзисторах для усиления электрических колебаний используют т. н. транзисторный эффект — управление током запертого перехода с помощью тока отпертого перехода. В Ганна диодах и лавинно-пролётных полупроводниковых диодах лавинное умножение в р —n– переходах, обусловленное ударной ионизацией атомов носителями, используется для генерации электрических колебаний. В светоизлучающих диодах электрическая энергия преобразуется в энергию оптического излучения на основе явления инжекционной электролюминесценции .

Э. п. находят применение в радиотехнике, автоматике, связи, вычислительной технике, астрономии, физике, медицине и т. д, — практически во всех областях науки и техники. Мировая промышленность ежегодно выпускает (70-е гг.) свыше 10 млрд. Э. п. различных наименований.

Лит.: Власов В. Ф., Электронные и ионные приборы, 3 изд., М., 1960; Кушманов И. В., Васильев Н. Н., Леонтъев А. Г., Электронные приборы, М., 1973.

В. Ф. Коваленко

Электронные призмы

Электро'нные при'змы, электроннооптические (соответственно ионные призмы — ионнооптические) системы, предназначенные для отклонения пучков заряженных частиц или для разделения таких частиц по энергии и массе. Э. п. получили своё название в рамках общей аналогии между электронной и ионной оптикой и оптикой световых лучей. Среди многочисленных типов Э. п. наиболее близкими аналогами светооптических призм являются те Э. п., которые оставляют падающий на них параллельный пучок заряженных частиц параллельным и после отклонения. Простейшей электростатической Э. п. такого типа служит телескопическая система, составленная из двух цилиндрических иммерсионных электронных линз (рис. 1 ). Задний линейный фокус АВ первой линзы совпадает с передним линейным фокусом второй. Электростатическое поле телескопической системы «двухмерно» (оно не изменяется в направлении, параллельном оси х ) и симметрично относительно средней плоскости ху, вблизи которой движутся частицы. Параллельный пучок падает на телескопическую систему под большим углом J₁ к оси у и выходит под углом J₂ , сохраняя свою параллельность. При этом выполняется равенство

sin J₂ / sin J₁ =

,

где V₁ — потенциал первого участка Э. п. и пространства перед ним, V₂ — потенциал последнего участка призмы и пространства за ним. Как известно, потенциал электростатический можно определять с точностью до произвольной постоянной, принимая его равным нулю там, где это диктуется соображениями удобства. В данном случае, как и в большинстве задач электронной и ионной оптики, потенциал принимают равным нулю там, где равна нулю скорость частиц. При этом условии электроннооптический преломления показатель n_э =

. Т. о., отклонение пучка заряженных частиц в телескопической системе подчиняется закону, совершенно аналогичному Снелля закону преломления в световой оптике. Для увеличения дисперсии применяют сложную Э. п., состоящую из двух телескопических систем, расположенных под углом друг к другу. Такие Э. п. служат диспергирующими элементами в электронных спектрометрах.