Электронный осциллограф.

Электронным осциллографом называют электроннолучевую трубку, применяемую для исследования быстропротекающих электрических процессов. Слово осциллограф означает «записывающий колебания». На первый конденсатор C1 осциллографа накладывается изменяющееся во времени пилообразное напряжение (рис. 5.1). На протяжении каждого периода оно сначала плавно растет, а затем мгновенно падает. Поэтому пятнышко на экране движется сначала слева направо, а потом мгновенно возвращается в исходное положение, а так как частота колебаний напряжения велика, то глаз все время видит горизонтальную светлую прямую. Если, например, на пластины второго конденсатора г. вертикально направленным полем подать напряжение синусоидального переменного городского тока (v = 50 Гц), то при одновременном действии конденсаторов электронный луч опишет развертку синусоидальных колебаний, представляющую собой осциллограмму исследуемого напряжения.

Рентгеновская трубка.

Электрический ток в вакууме применяют для получения рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи испускаются любым веществом, которое бомбардируется быстрыми электронами. Для получения интенсивного пучка этих лучей Рентген (в 1895 г. открыл эти лучи) построил специальную трубку, состоящую из хорошо откачанного стеклянного шара (рис. 6.1), в который впаяны три металлических электрода: катод К в виде сферической чашечки, анод А и антикатод АК. Электроны, вылетающие нормально к поверхности катода, попадают в его центр кривизны С, лежащий на антикатоде, изготовленном из тугоплавкого металла. Антикатод установлен под углом 45° к катоду для наиболее удобного использования выходящих из него рентгеновских лучей. Накапливание на антикатоде отрицательного электрического заряда могло бы привести к прекращению работы трубки, поэтому он соединен с анодом.

В современных рентгеновских трубках (рис. 6.2) роль катода выполняет электронная пушка — вольфрамовая спираль, нагреваемая током и служащая источником свободных электронов. Фокусировка электронного пучка производится цилиндром Ц.. Антикатод трубки является одновременно анодом. Такие трубки работают устойчивее, чем первая модель.

На рентгеновскую трубку любой конструкции подается напряжение в несколько десятков киловольт.

Рентгеновские лучи широко используют в медицине, технике и научных исследованиях. Приведем несколько примеров. При помощи рентгеновских лучей можно получить на флуоресцирующем экране или на фотографической пленке изображение не только костей, но и внутренних органов человека (например, желудка). Облучение этими лучами применяют при лечении злокачественных опухолей. С помощью рентгеновских лучей обнаруживают изъяны в литых металлических изделиях — раковины или трещины становятся видимыми на флуоресцирующем экране в виде светлых пятен на тени от изделия. Большую роль играют рентгеновские лучи при изучении строения кристаллов.

Электронно-оптический преобразователь (ЭОП).

ЭОП – это вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в ИК, УФ и рентгеновских лучах) в видимое либо для усиления яркости видимого изображения. В основе действия ЭОП лежит преобразование оптического или рентгеновского изображения в электронное с помощью фотокатода, а затем электронного изображения в световое (видимое), получаемое на катодолюминесцентном экране. В ЭОП (рис. 7.1) изображение объекта А проецируется с помощью объектива О на фотокатод Ф (при использовании рентгеновских лучей теневое изображение объекта проецируется на фотокатод непосредственно). Излучение от объекта вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности фотокатода, причём величина эмиссии с разных участков последнего изменяется в соответствии с распределением яркости спроецированного на него изображения. Фотоэлектроны ускоряются электрическим полем на участке между фотокатодом и экраном, фокусируются электронной линзой (ФЭ — фокусирующий электрод) и бомбардируют экран Э., вызывая его люминесценцию. Интенсивность свечения отдельных точек экрана зависит от плотности потока фотоэлектронов, вследствие чего на экране возникает видимое изображение объекта. Различают ЭОП одно- и многокамерные (каскадные); последние представляют собой последовательное соединение двух или более однокамерных ЭОП.

В некоторых типах ЭОП изображение регистрируется матрицей из электронночувствительных элементов (в количестве 10— 100), установленной вместо люминесцентного экрана.

ЭОП применяются в ИК технике, спектроскопии, медицине, ядерной физике, астрономии, телевидении, для преобразования УЗ изображения в видимое. Современные многокамерные ЭОП позволяют регистрировать на фотоэмульсии световые вспышки (сцинцилляции) от одного электрона, испускаемого входным фотокатодом.

Электронный проектор.

Электронный проектор – это авто-электронный микроскоп, безлинзовый электронно-оптический прибор для получения увеличенного в 105—106 раз изображения поверхности твердого тела. Электронный проектор был изобретен в 1936 нем. физиком Э. Мюллером.

Основные части Э. п.: катод в виде проволочки с точечным эмиттером па конце, радиус кривизны которого r~10-7—10-8 м; стеклянная сферическая или конусообразная колба, дно которой покрыто слоем люминофора; анод в виде проводящего слоя на стенках колбы или проволочного кольца, окружающего катод. Из колбы откачивается воздух (остаточное давление ~10-9—10-11 мм рт. ст.). Когда на анод подают положительное напряжение в несколько тыс. Вольт относительно расположенного в центре колбы катода, напряжённость электрического поля в непосредственной близости от точечного эмиттера (острия) достигает 107—108 В/см. Это обеспечивает интенсивную авто-электронную эмиссию. При обычной форме катода электроны эмитировались преимущественно с мест локального увеличения напряжённости поля над небольшими неровностями и выступами поверхности эмиттера. Применение точечных эмиттеров, сглаженных поверхностной миграцией атомов металла при повышенных температурах в хорошем вакууме, позволило получить устойчивые токи.

Эмитированные электроны, ускоряясь в радиальных (относительно острия) направлениях, бомбардируют экран, вызывая свечение люминофора, и создают на экране увеличенное контрастное изображение поверхности катода, отражающее её кристаллическую структуру. Контраст автоэлектронного изображения определяется плотностью эмиссионного тока, которая зависит от локальной работы выхода, изменяющейся в зависимости от кристаллографического строения поверхности эмиттера и от величины поля у поверхности эмиттера. Увеличение в Э. п. равно отношению R/br, где R — расстояние катод — экран, b — константа, зависящая от геометрии трубки.

Электронные проекторы применяются для изучения автоэлектронной эмиссии металлов и полупроводников, для определения работы выхода с разных граней монокристалла и пр. Для наблюдения фазовых превращений, изучения адсорбции атомов различных веществ на металлической или полупроводниковой поверхности и т. д. Э. п. используют весьма ограниченно, т. к. намного большие возможности в этих отношениях даёт применение ионного проектора.

Электронограф.

Электронограф - прибор для исследования атомного строения твердых тел и газовых молекул методами электронографии. (Электронография – это метод изучения структуры веществава, основанный на исследовании рассеяния образцом ускоренных электронов. Применяется для изучения атомной структуры кристаллов, аморфных тел и жидкостей, молекул газов и паров). Электронограф — вакуумный прибор. В колонне, основном узле электронографа, электроны, испускаемые раскалённой вольфрамовой нитью, разгоняются высоким напряжением (от 30 кВ и выше — быстрые электроны и до 1 кВ — медленные электроны). С помощью диафрагм и магнитнфх линз формируется узкий электронный пучок, направляемый на исследуемый образец, находящийся в специальной камере объектов и установленный на специальном столике. Рассеянные электроны попадают в фотокамеру, и на фотопластинке (или экране) создаётся дифракционное изображение (электронограмма). Зависимость интенсивности рассеянных электронов от угла рассеяния может измеряться с помощью электронных приборов. Электронографы снабжают различными устройствами для нагревания, охлаждения, испарения образца, его деформации и т. д.

Электронограф включает также систему вакуумирования и блок электропитания, содержащий источники накала катода, высокого напряжения, питания электромагнитных линз и различных устройств камеры объектов. Питающее устройство обеспечивает изменение ускоряющего потенциала по ступеням (напр., в О. «ЭР-100» 4 ступени: 25, 50, 75 и 100 кВ). Разрешающая способность Э. составляет тысячные доли А и зависит от энергии электронов, сечения электронного пучка и расстояния от образца до экрана, которое в современном электронографе может изменяться в пределах 200— 600 мм. Управление современных электронографов, как правило, автоматизировано.