Пушки Пирса со сходящимся пучком

В пушке сферического типа анодное отверстие также служит причиной появления рассеивающей линзы, и по­этому угол схождения пучка по выходу из пушки всег­да меньше Θ — угла его схождения в пушке (рис. 9).

Рис. 9. К расчету действия анод­ной линзы в пушке сферического типа.

Величина f равна 4Ua/Ea. Так как Eb = 0.

Следовательно, величина

Окончательно:

Таким образом, отноше­ние sinγ/sinΘ определяется только ρa=Rk/Ra и не за­висит от других парамет­ров пушки. Зависимость sinγ/sinΘ от ρa показана на рис.10. При ρa =1,45 sinγ/sinΘ = 0.

Следовательно, в этом случае при любых Θ элек­троны выходят из анодного отверстия, параллельно оси z, т. е. на выходе пушки получается параллельный аксиально-симметричный пучок. Если ρa >1,45, то пучок на выходе пушки будет сходящимся, если ρa <1,45, то расходящимся.

Рассмотрим теперь элементы расчета пушки сфери­ческого типа. Ток части сферического диода /, образую­щего пушку, относится к полному току диода /Сф как , где - площадь катода, ограниченного углом Θ.Тогда, используя (2), получаем:

(4)

Если учесть, что , то (8-9) преобразуется к виду:

(5)

Следовательно, величина

(6)

Угол Θ определяется так

(7)

Кроме того, считая углы Θ и γ малыми и примерно равными их синусам и обозначая отношение , из выражения (6) получаем:

(8)

График функции F(pa) представлен на рис. 10. Тогда, если заданы требуемые ток пучка / и Uа, а также γ — угол наклона крайних траекторий пучка и rа — его радиус на выходе из пушки, можно из (8) определить F(pa), по которой определить ра и угол Θ рис.10, затем по простому гео­метрическому соотноше­нию рис. 9 опреде­ляется Rа = ra/sin Θ, от­куда легко определяется Rк и плотность тока на катоде.

В дальнейшем мы увидим, что при расчете пушки могут иметь место и иные исходные данные, вытекающие из задачи ее согласования с попереч­но-ограничивающей системой, однако они в конечном счете могут быть связаны с величинами /, U, γ и rа.

Пушка цилиндрического типа, образованная частью цилиндрического диода (рис. 3,в), может, как указы­валось, сформировать сходящийся ленточный (клиновид­ный) пучок. Рассмотрение и расчет такой пушки аналогичны при­веденным для сферической пушки.

Диафрагма с круглым отверстием (формирующий электрод)

Представим себе весьма простую электроннооптическую систему (рис. 11,а), состоящую из двух плоских параллельных электродов с потенциалами U1, и U2 между которыми помещен третий электрод, имеющий круглое отверстие, — диафрагма радиуса R и потенциал Ua. Если R значительно меньше d1 и d2 — расстояний между пло­скостями и диафрагмой, то вдали от нее электрическое поле будет однородным и его напряженность определит­ся потенциалами соответствующих электродов и расстоя­ниями между ними.

В некоторой же области вдоль оси z будет иметь ме­сто провисание эквипотенциалей из области с большей напряженностью поля в область с меньшей напряженно­стью.

Следовательно, в этой области однородное поле иска­жается. Из геометрических соображений ясно, что оно будет аксиально-симметричным, т. е. в области диаф­рагмы образуется электронная линза. Естественно, что это будет иметь место лишь в том случае, если выполня­ется соотношение:

Рис. 11. Собирающая линза—диафрагма.

Рис. 12. Рассеивающая линза—диафрагма.

При этом возможны два случая, иллюстрируемые на (рис. 11 и 12). В первом случае (рис. 11,а) величина Е1 в пространстве слева от диафрагмы меньше, чем величина Е2 справа от нее. Следовательно, при переходе области диафрагмы вдоль оси z скорость роста U(z) уве­личивается (рис. 11 ,б). Величины U'(z) и U''(z) будут меняться с расстоянием по оси z согласно (рис. 11, в и г) соответственно. Таким образом, в этой линзе U''(z)>0, что свидетельствует о том, что линза собирающая. Опти­ческий эквивалент такой электронной линзы может быть представлен в виде двояковыпуклой собирающей свето­вой линзы (рис. 11,д).

Второй возможный случай (рис. 12) соответствует уменьшению E при переходе через область диафрагмы. Рассмотрение представленного на (рис. 12, б- г) характе­ра распределения потенциала вдоль оси и его первой и второй производных показывает, что в данном случае мы имеем рассеивающую электронную линзу, оптический эквивалент которой представлен на (рис. 12,д).

Система формирования по принципу Пирса

(Электростатическая)

Представим себе сплошной безграничный электрон­ный поток с плотностью тока j, распространяющийся в своеобразном триоде, состоящем из трех электродов (рис. 13,а). При этом потенциалы крайних электродов

1	2	3	4	5