实验十四电子束线的电聚焦与磁聚焦.doc

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A 1 的加速电场作用下, 先会聚于控制栅孔附近一点(图4- 18-1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 A 1 和第二图 4- 18-1 HKG OA 1 电子轨迹图4- 18-3 θ电子电力线等位线 Z F’ rF’F’ zF zF rF 电力线 Z VV图4- 18-2 V 1V 2 A 1 A 1A 2A 2 等位面阳极 A 2 组成电聚焦系统。 A 1、A 2 是两个相邻的同轴圆筒,在 A 1、A 2 上分别加上不同的电压 V 1、V 2 ,当 V 1>V 2 时,在 A 1、A 2 之间形成一非均匀电场,电场分布情况如图 4- 18-2 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 4- 18-3 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 F r 与平行于轴线的分力 F Z。F r 的作用使电子向轴线靠拢, F Z 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域里电子都受到同方向的沿 Z 轴的作用力(F Z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 A 1和A 2 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 A 1 ,第二阳极 A 2 ,水平,垂直偏转板全连在一起,相对于阴极板加一电压 V A, 这样电子一进入 A 1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 A 1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 ⊥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 4- 18-4) ,螺旋线的半径为 eB mR ???(4- 18-1) 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 eB mv RT ??22???(4-