konspekt_vpe

81

Розрізняють наступні способи введення (запису) інформації:

--зміна струму електронного променя зміною напруги модулятора електронного прожектора;

--зміна швидкості розгортки електронного променя;

--зміна швидкості електронів прискорюючим потенціалом електронного прожектора або потенціалом колектора;

--зміна потенціалу сигнальної пластинки.

Передавальною трубкою називають електронно-променеву трубку, що перетворює оптичне зображення в електричний сигнал.

За принципом дії передавальні трубки розділяють на два типи:

--трубки миттєвої дії;

--трубки з накопиченням зарядів.

Трубки з накопиченням зарядів розділяють по фотоелектронному перетворенню на:

--трубки на зовнішньому фотоефекті;

--трубки на внутрішньому фотоефекті.

Узагальному випадку можливі три способи розгортки зображення:

-переміщення оптичного зображення щодо нерухомого фотоелемента;

-переміщення фотоелемента щодо нерухомого оптичного зображення;

-електричне перемикання (комутація) сигналів від безлічі нерухомих фотоелементів, на які спроектовано оптичне зображення.

Основні характеристики передавальних трубок:

Чутливість передавальних трубок визначається мінімальним освітленням фотокатоду, при заданому відношенні сигнал/шум. Інтегральна чутливість визначається відношенням струму сигналу до світлового потоку , що падає на фотокатод.

Роздільна здатність передавальних трубок визначається максимальною кількістю деталей зображення з контрастом, достатнім для їх реєстрації.

Світлова характеристика трубки – залежність величини вихідного сигналу від освітленості фоточутливого шару (градація яскравості).

Спектральна характеристика трубки – залежність сигналу зображення від довжини хвилі світла при рівних його енергіях.

Інерційність передавальної трубки – явище запізднення змін вихідного сигналу відносно відповідних змін світлового сигналу на вході трубки.

Дісектор -- передавальна трубка миттєвої дії у якої сфокусоване електронне зображення з фотокатоду шляхом електронного відхилення розгортається відносно нерухомого отвору з колектором.

Недоліки – низька чутливість. Переваги:

- простота конструкції;

82

-відсутність прожектора;

-надійність;

-миттєва готовність до роботи;

-надійність;

-великий строк служби;

-гарна передача градацій яскравості;

-висока роздільна здатність.

Застосовується в системах промислового телебачення.

Іконоскоп – це перша, така, що знайшла практичне застосування трубка, що передає, з накопиченням заряду. Іконоскоп є трубкою (потенциалоскоп), що запам'ятовує, з фоточутливою мішенню, розгорткою пучком швидких електронів, записом і зчитуванням за допомогою перерозподілу зарядів по поверхні мішені.

Принципи дії іконоскопа були сформульовані у 1931г. радянським ученим С.І. Катаєвим, пізніше в США В.К. Зворикин створив перший зразок такої трубки. Не дивлячись на деякі недоліки, іконоскоп довгий час був найпоширенішою трубкою, оскільки при достатній освітленості об'єкту він міг забезпечити отримання зображень високої якості.

Ортікон. Одній з перших трубок з насиченою фотоемісією є ортікон — передавальна трубка з фоточутливою мішенню, розгорткою пучком повільних електронів і накопиченням заряду. Назва цієї трубки визначається перпендикулярним (ортогональним) падінням розгортаючого пучка на мішень. Ортікон є потенциалоскопом, в якому використовується нерівноважний запис і перезарядне зчитування.

Не незважаючи на вищу в порівнянні з іконоскопом чутливість, ортікон не набув широкого поширення головним чином меншої роздільної здатності і нестійкої роботи (можливості появи білої плями) при великому освітленні об'єкту.

86

Ідеальна плазма: WE Wk (потенційна енергія взаємодії частинок є малою в порівнянні з тепловою енергією)

WE -- енергія кулонівської взаємодії; Wk -- кінетична енергія частинок.

Макроскопічне відхилення від квазінейтральності приводить до появи електричного поля. В плазмі виникають подовжні коливання просторового заряду -- ленгмюрівсбкі хвилі. Наявність власних коливань є

Випромінювання плазми.

Низькотемпературна плазма.

Спектр випромінювання низькотемпературної плазми складається з окремих спектральних ліній. Вони утворюються, переважно, завдяки рекомбінаційним процесам. Тому таке випромінювання отримало назву рекомбінаційного випромінювання. За рахунок ефектів неоднорідного розширення спектральних ліній атомів може мати широкі спектральні смуги.

Високотемпературна плазма.

Є більш різноманітним і класифікується в загальному випадку:

-гальмівним випромінюванням;

-магнетронним або синхротронним (окремий випадок - циклотронним) випромінюванням;

-корпускулярним випромінюванням.

Гальмівне випромінювання.

1.Має безперервний рентгенівський спектр.

2.Виникає при зіткненні електронів з іонами в електричному полі.

3.Інтенсивність пропорційна квадрату прискорення і квадрату номера Z ядра зарядженої частинки та зворотно пропорційно її масі (випромінювання електронів є більш потужним).

4.Спектр випромінювання обмежується максимальною енергією фотона.

5.Кутове розподілення випромінювання залежить від кінетичної енергії електрона (Те).

При Те mec2 (нерелятивістський випадок) кутове розподілення подібно до розподілення електричного диполя, перпендикулярного до площини траєкторій електронів.

При Те mec2 (ультрарелятивістські енергії) випромінювання спрямоване по траєкторії руху

електронів та концентрується в межах конуса з кутом рад .

6. Використовується для отримання інтенсивних пучків фотонів та -квантів.

Магнетронне випромінювання.

1.Виникає у магнітному полі за рахунок ларморівського обертання електронів в плазмі.

2.Має практично безперервний спектр в УФ та м'якому рентгенівській області.

3.Кутове розподілення зосереджено у напрямку миттєвої швидкості частинки у вузькому конусі з кутом

розкриву . Е – енергія частинки.

4.Має перспективи використання у рентгенолітографічних процесах мікроелектроніки.

5.Випромінювання нерелятивістських частинок, що рухаються по спіральним траєкторіям має назву циклотронного випромінювання .

6.Випромінювання окремої частинки є поляризованим, більша частина еліпсу поляризації розташована у проекції магнітного поля.

Корпускулярне випромінювання.

Формується за рахунок швидких частинок, що вилітають із нерівноважної плазми у результаті розвитку різних нестійкостей.

87

Електричним розрядом в газі називають сукупність явищ, що обумовлені проходженням електричного струму скрізь газовий проміжок.

Рис. Фізичні процеси в газовому розряді

При тиску газу у внутрішньому об'ємі приладу 10-3 Па (1 мм рт. ст. = 133 Па) і нижче носіями заряду, що визначають значення струму в приладі, практично є електрони. Вони рухаються майже без зіткнень, і середня довжина їх вільного пробігу Ae помітно перевищує відстань між електродами.

При підвищенні тиску електрони, що рухаються, починають взаємодіяти (стикатися) з атомами газу і їх довжина вільного пробігу стає менше відстані між електродами. Характер зіткнень між електронами і атомами багато в чому визначає особливості газового розряду.

Складні явища, що протікають в газовому проміжку, можна звести до невеликої кількості елементарних процесів, що призводять до зміни енергії заряджених часток: іонізація, збудження, перезарядка і рекомбінація. Перераховані процеси можуть бути описані на основі класичних законів збереження енергії й імпульсу при зіткненнях.

Зіткнення атомних часток носять пружний і непружний характер.

При пружному зіткненні між частками відбувається обмін імпульсом і кінетичною енергією, але їх внутрішні енергії і стани залишаються незмінними.

Якщо при зіткненні відбувається зміна внутрішньої (потенційної) енергії, то це призводить до іонізації і збудження. Цей тип зіткнень відноситься до непружних.

Валентні електрони мають найбільший запас енергії і беруть участь в створенні хімічного зв'язку між атомами, визначаючи активність речовини. Електрони, що покинули свою орбіту і переміщаються між атомами, називаються вільними. Нейтральний в електричному відношенні атом, втрачаючи або придбаваючи електрони, стає позитивно або негативно зарядженим іоном.

Під енергією іонізації розуміють енергію, яка потрібна для руйнування зв'язку між електроном і незбудженим атомом Wi=e Ui, де Ui - потенціал іонізації -- та різниця потенціалів, яку повинен пройти електрон в електричному полі, щоб придбати енергію, достатню для відриву валентного електрона і утворення позитивно

зарядженого атома.

частинки у вигляді дисків, то сумарна площа дисків, що відповідає кількості атомів (молекул і т. д.) в одиниці об'єму, і визначає повний ефективний поперечний переріз Q і [м2 / м3].

Повний ефективний поперечний переріз Qі пов'язаний з ефективним поперечним перерізом атома q [м2] :

Qі=qin,

де d - ефективний діаметр атома. Під ним розуміється умовний діаметр мішені (диска), в межах якого можлива взаємодія електрона з атомом.

Якщо додати ефективні діаметри атомів на одиницю об'єму, отримаємо повний ефективний переріз для

де n - концентрація атомів.

Часто значення Qi відносять до одиничного тиску (1 мм рт. ст.) і температури 0 ºС, тому Qi Qi0 p0 де Qi0 – ефективний перетин іонізації при одиничному тиску.

88

Також ефективний перетин визначається через довжину вільного пробігу електрона А при тепловому русі (середню відстань, яку проходить електрон між зіткненнями, або кількість зіткнень при проходженні

Для визначення Qi використовують наступні апроксимацій для монохроматичного пучка електронів:

1. Лінійна апроксимація, що відповідає невеликим перевищенням енергії електронів над пороговим значенням іонізації :

зовнішній оболонці атома (електронів з однаковими головним і орбітальним квантовими числами), що іонізується.

У газовому розряді має місце деякий розподіл енергії (fe), що найчастіше задається законом Максвелла :

Таким чином, для оцінки середньої швидкості іоноутворення в позитивному стовпі газового розряду потрібно користуватися поняттям перерізу іонізації, усередненим по функції розподілу електронів :

qi qi (U ) fe dU

U

За характером іонізованого стану плазмиi розрізняють:

-пробій газу;

-підтримка електричним полем нерівноважної плазми;

-підтримка рівноважної плазми.

Електричні поля, що приводять до іонізації газу поділяються на:

-постійні (низькочастотні включно);

-високочастотні: f 105 – 108 Гц;

-надвисокочастотні : f 109 – 1011 Гц;

-оптичні (від ІЧ до УФ).

Електричні розряди в газі підрозділяють на несамостійні і самостійні.

До несамостійних відносяться розряди, для підтримки яких потрібно емісія електронів з катода або утворення заряджених часток в розрядному проміжку під дією зовнішніх чинників, наприклад, таких як нагрів катода, опромінення катода або газу в розрядному проміжку.

При самостійних розрядах фізичні процеси газового розряду забезпечують вихід електронів з катоду без допомоги зовнішніх чинників.

При русі під дією електричного поля в газовому середовищі електрони призводять до іонізації газу. Мірою іонізації є ступінь іонізації , що визначається як

Ар ехр - В / (Е/р) ,

де А=1/ Ae0 і В= Uі / Ae0 В/м мм рт. ст. ; Е/р кВ м-1 мм рт. ст. ; Ae0 – середня довжина вільного пробігу електрона при тиску в 1 Па і Т=0оС. Ae = Ae0 / р0.

Вторинні електрони, що утворилися під час іонізації також будуть іонізувати газ. Лавинне розмноження електронів та вплив їх на іонізацію газу відображається за допомогою коефіцієнта газового посилення k.

k= exp ( l),

де l - відстань між електродами.

Позитивні іони рухаються в напрямку катоду і, при зіткненні з ним, вибивають додаткову кількість електронів. Внесок вторинної іонно-електронної емісії збільшує значення коефіцієнту газового посилення k:

де -- коефіцієнт вторинної іонно-електронної емісії матеріалу катоду.