Искровой разряд

Искровой разряд возникает между плоскими (или слабо закругленными) электродами при больших давлениях. Искра – это прерывистый во времени разряд, проходящий по тонким извилистым ярко светящимся каналам. Искровой разряд можно рассматривать как стадию, на которой заканчивается развитие самостоятельного разряда, когда мощность источника невысока (!).

25.Электронная оптика

К изучению движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях можно подойти, основываясь на волновых свойствах частиц. В некоторых случаях (дифракция и отражение электронов от кристаллической решетки – электронная волновая оптика) это просто необходимо. Однако известно, что при уменьшении длины волны волновая оптика переходит в геометрическую (геометрическая оптика – это оптика, в которой действуют законы прямолинейного распространения, отражения и преломления световых лучей).

В подавляющем числе случаев, где рассматривается движение электронов в электрических и магнитных полях – электромагнитных полях (электронные вакуумные приборы: электронные пушки, электронный микроскоп и т.д.) длина волны электронов настолько мала, что критерий применимости геометрической оптики в них выполняется в полной мере. Поэтому в дальнейшем мы будем пользоваться представлениями об электронных лучах и рассчитывать их параметры методами геометрической оптики. При этом результаты изучения движения заряженных частиц методами геометрической оптики должны будут совпадать с результатами электронной баллистики, рассчитывающей траектории движения электронов.

Покажем это:

1. Основное положение геометрической оптики – принцип Ферма – гласит: при распространении света между двумя точками А и В луч выбирает такой путь, время его распространения по которому минимально, то есть вариация времени равна нулю:

, где ds – перемещение (элемент пути), – скорость света в среде (равная отношению скорости света в вакууме с к показателю преломления среды n).

2. Движение материальной частицы (между точками А и В) в поле консервативных сил подчиняется принципу наименьшего действия – принципу Мопертюи, согласно которому вариация действия равна нулю: , где – элемент действия ( – действие).

Сравнение показывает, что путь, проходимый лучом света между точками А и В через среду с показателем n, совпадает с траекторией частицы, движущейся между этими же точками, если при этом на частицу (электрон) действуют силы (со стороны электрического и магнитного полей) так, что скорость (x,у,z) изменяется пропорционально показателю n (x,у,z): ~ n или , где b – коэффициент пропорциональности. Приняв b = 1 (поскольку практическое значение имеет отношение показателей преломления, а не сам показатель преломления), записываем:

тЭто соотношение показывает связь между показателем преломления с напряжением.

Рассмотрим пример полного внутреннего отражения электронных лучей в однородном электрическом поле.

Пусть электрон входит в однородное электрическое тормозящее поле под углом α к силовым линиям. Проведем систему близких эквипотенциальных поверхностей – плоскостей V₀,V₁,V₂…и заменим временно истинное распределение потенциала ступенчатым, полагая, что на первой плоскости потенциал меняется скачком от V₀ до V₁ , затем считается постоянным, на второй плоскости меняется опять скачком от V₁ до V₂ и т.д. Соответственно, и показатель преломления среды будет постоянным в пространстве, где потенциал постоянен, и изменяться скачком при переходе через плоскость раздела потенциалов.

Если число скачков потенциала увеличить до бесконечности, в пределе мы получим истинную траекторию движения электрона – параболу.