Katodové paprsky

Katodové paprsky , také nazývané "elektronové paprsky" - proud elektronů emitovaných katodou vakuové trubice.

Historie

V roce 1854 začaly experimenty s vysokým napětím ve vzácném vzduchu. A bylo pozorováno, že jiskry urazí ve vakuu výrazně větší vzdálenost než za normálních podmínek.

Julius Plücker objevil katodové paprsky v roce 1859. Plücker také pozoroval odchylku jím objevených katodových paprsků působením magnetu.

V roce 1879 W. Crookes zjistil, že při nepřítomnosti vnějších elektrických a magnetických polí se katodové paprsky šíří přímočaře a uvědomil si, že mohou být vychylovány magnetickým polem. Pomocí jím vytvořené plynové výbojky zjistil, že katodové paprsky dopadají na některé krystalické látky (dále nazývané katodoluminofory ) a způsobují jejich záři.

V roce 1897 D. Thomson objevil, že katodové paprsky jsou vychylovány elektrickým polem, změřil poměr náboje k hmotnosti pro částice, ze kterých se skládají, a nazval tyto částice elektrony . Ve stejném roce Karl F. Brown , založený na trubici W. Crookese, navrhl první katodu, neboli katodovou trubici [1] .

Popis katodových paprsků

Katodové paprsky se skládají z elektronů urychlených ve vakuu potenciálovým rozdílem mezi katodou a anodou, tj. elektrod, které jsou navzájem na záporném a kladném potenciálu. Katodové paprsky mají kinetickou energii a jsou schopny udělovat mechanický pohyb například lopatkám rozmetače. Katodové paprsky jsou vychylovány magnetickými a/nebo elektrickými poli. Katodové paprsky jsou schopné způsobit záři fosforu . Proto při nanášení fosforu na vnitřní povrch průhledné trubice lze záři vidět na vnějším povrchu trubice. Tento efekt je využíván ve vakuových elektronických zařízeních , jako jsou katodové trubice , elektronové mikroskopy , rentgenové trubice a rádiové trubice .

Kinetická energie E katodových paprsků v blízkosti anody (pokud mezi katodou a anodou nejsou bariéry) je rovna součinu elektronového náboje e a rozdílu mezielektrodového potenciálu U : E = eU . Pokud je například rozdíl potenciálů 12 kV , elektrony získají energii 12 kilo elektronvoltů (keV).

Aby se objevily katodové paprsky, musí elektrony uniknout z katody do mezielektrodového prostoru, což se nazývá emise elektronů. Může k němu dojít v důsledku ohřevu katody ( tepelná emise ), jejího osvětlení ( fotoelektronická emise ), dopadu elektronů ( sekundární emise elektronů ) atd.

Přestože elektrony katodových paprsků v husté látce rychle ztrácejí energii, mohou proniknout dostatečně tenkou stěnou (zlomky mm) z elektronky do vzduchu, pokud je urychlovací potenciál dostatečně vysoký (desítky kilovoltů). Průlet katodových paprsků s energiemi desítek kiloelektronvoltů je omezen na několik centimetrů.

Ve vakuu nejsou katodové paprsky viditelné, nicméně při interakci s hmotou způsobují její radioluminiscenci v důsledku excitace atomových obalů a emise energie atomem prostřednictvím fotonů, včetně viditelného světla. Zejména v přítomnosti zbytkového plynu ve vakuové trubici lze pozorovat její záři (viz růžová záře v trubici na fotografii níže). Radioluminiscence je také pozorována v materiálu anody nebo jiných předmětech, které spadají pod paprsek (například sklo na konci Crookesovy trubice), a ve vzduchu, když jsou katodové paprsky vyjímány z trubice.

Katodové paprsky se používají v technologiích elektronového svazku[2] , například univerzální odparka elektronového svazku UELI-1 [3] vytvořená pro nanášení filmových povlaků , a také v elektronové litografii . Technologie elektronového paprsku jsou šetrnější k životnímu prostředí, méně energeticky náročné a prakticky bezodpadové [4] . Arcam , který se používá také ve 3D tiskárnách ( Electron-beam melting, EBM , Electron Beam Layered Synthesis ), vyrábí 3D tiskárny využívající elektronový paprsek.

• Crookesova trubice

• Crookes tube v akci

• Katodový paprsek v magnetickém poli

• Katodový paprsek v magnetickém poli

Poznámky

1. ↑ 90 let elektronické televize . Získáno 26. listopadu 2021. Archivováno z originálu dne 26. listopadu 2021. (neurčitý)
2. ↑ Elektronový řemeslník . Získáno 3. července 2022. Archivováno z originálu dne 7. dubna 2022. (neurčitý)
3. ↑ Vasichev Boris Nikitovič . Datum přístupu: 29. září 2016. Archivováno z originálu 1. října 2016. (neurčitý)
4. ↑ Ruské technologie elektronového paprsku v roce 2013 Archivní kopie ze dne 13. ledna 2017 na Wayback Machine

Literatura

• Abrahamyan E.A. Průmyslové urychlovače elektronů . - M. : Energoatomizdat, 1986. - 250 s.
• Nikerov V.A. Elektronové paprsky při práci. — M. : Energoatomizdat, 1988. — 128 s. - ( Populárně vědecká knihovna studenta ).
• J. R. Pierce. Teorie a výpočet elektronových svazků. - M. , 2012. - 217 s. - ISBN 978-5-458-48359-9 .
• Abrahamyan E.A., Alterkop B.A., Kuleshov G.D. Intenzivní elektronové svazky: fyzika, technologie, aplikace. - M. : Energoatomizdat, 1984. - 231 s.
• Alyamovsky IV Elektronové paprsky a elektronová děla. - M . : Sovětský rozhlas, 1966. - 231 s.
• Molokovskiy SI, Sushkov AD Intenzivní elektronové a iontové paprsky. - M. : Energoatomizdat, 1991. - 304 s. — ISBN 5-283-03973-0 .
• Moderní metody výpočtu elektronově-optických systémů. - L . : Materiály; Všesvazový seminář o metodách výpočtu elektronově-optických systémů (22.-24. ledna 1985, Leningrad), 1986. - 166 s.
• Z. Schiller, W. Geisig, Z. Panzer. Technologie elektronového paprsku. - M .: Energie, 1980. - 528 s.
• Popov VF, Gorin Yu. N. Procesy a instalace elektron-iontové technologie. - M .: Vyšší. škola, 1988. - 255 s. — ISBN 5-06-001480-0 .
• Vinogradov M.I., Maishev Yu.P. Vakuové procesy a zařízení pro technologii iontového a elektronového svazku. - M .: Mashinostroenie, 1989. - 56 s. - ISBN 5-217-00726-5 .

Odkazy

• Elektronový paprsek v protínajících se polích  (anglicky)
• Elektronový paprsek v protínajících se polích

Slovníky a encyklopedie	Skvělý norský Britannica (online) Britannica (online) Granátové jablko
V bibliografických katalozích	GND : 4151894-9 NDL : 00564140