Файл: Китайгородский А.И. Введение в физику учеб. пособие для студентов высш. техн. учеб. заведений.pdf

излучения той же длины волны, испускаемой абсолютно черным телом.

Различаются два вида люминесценции. Явление называют флуо­

маловероятны. Излучение теперь может произойти лишь возвраще­ нием молекулы с уровня М на прежний возбужденный уровень F . При высоких температурах это возвращение происходит быстро, при низких — медленно. Таким образом, фосфоресценция, в отли-* чиє от флуоресценции, зависит от температуры.

Люминесценция может быть вызвана самыми различными фак­ торами — химической реакцией, трением и т. д. Важнейшими ва­ риантами являются фотолюминесценция и электролюминесценция, возникающие вследствие поглощения света и ударов заряженных частиц.

Фотолюминесценция не может иметь большую частоту (т. е. больший квант энергии), чем возбуждающий свет. Красная флуо­ ресценция возбуждается оранжевым светом, желтая — зеленым, зеленая — голубым и т. д.

Ч А С Т Ь I I I

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

Г Л А В А 26

ПОТОКИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Простейшим, во всяком случае в классификационном смысле, видом вещества является некоторая совокупность заряженных частиц — электронов и ионов. Мы встречаемся с системами заря­ женных частиц либо в виде пучков частиц, в которых все частицы имеют общую скорость и движутся в одном направлении, либо в виде газа хаотически движущихся частиц. Разумеется, возможны и промежуточные состояния. В этой главе будут рассмотрены основ­ ные физические явления и технические устройства, в которых мы имеем дело с пучками и с плазмой. Вопросы эмиссии электронов, непосредственно связанные с физикой твердого тела, будут изложе­ ны в гл. 37.

§167. Движение заряженной частицы в электрическом

имагнитном полях

Произвольное электромагнитное поле действует на заряженную частиду с силой f = eE-}- — [vB] (стр. 239). Если поля Е и В извест­ ны в функции координат и времени и даны начальная скорость и ме­ сто нахождения частицы, то для ча­

стиц, движущихся со скоростями v<^p, траектория частицы г (і) может быть найдена с помощью основного закона механики

Решение такой задачи представляет обычно большие математические труд­ ности. Для знакомства с закономер­

уравнения движения имеют вид

Отсюда

vу = — — Et + vay, vx = vnx.

Интегрируя еще раз, получим, полагая х=0 при /=0:

Исключая время, найдем уравнение параболической кривой, ко­ торую будет описывать электрический заряд (пунктир на рис. 190).

Если частица входит в поле под прямым углом (v0y=0), то урав­ нение траектории имеет вид

Если частица входит в поле вдоль силовой линии, то она и будет продолжать движение вдоль силовой линии с ускорением -^Е.

Обозначая разность потенциалов точек начала и конца движения заряженной частицы через V, получим с помощью уравнения кине­ тической энергии

Если конечная скорость v^>v0, то

Это уравнение делает понятным распространенность единицы энергии электрон-вольт:

1 В. Единица «электрон-вольт» удобна в тех случаях, когда энергии относят к одной элементарной частице. Работа ионизации, вырыва­ ния электрона, выхода электрона из металла — все эти величины имеют порядок единиц и десятков электрон-вольт.

Частица в магнитном поле. Особенности силы, действующей на заряженную частицу в магнитном поле, нам известны (стр. 240). Пусть частица вошла в поле с начальной скоростью г>0. Разложим этот вектор на составляющие вдоль и поперек поля, и„ и v±. Тогда для движения в плоскости, перпендикулярной к полю, имеем

ma = — v,B.

Продольное движение будет происходить равномерно с неизменной скоростью

Движение в перпендикулярной плоскости — круговое, a=v\ IR есть центростремительное ускорение. Таким образом,

еmv2,

mv , с

откуда радиус окружности R — ^ - прямо пропорционален ско­ рости частицы и обратно пропорционален магнитной индукции. Су­

Рис. 191.

одинаковой. Вне зависимости от величин и направлений скоростей все частицы будут обертываться около силовой линии за одно и то же время.

Если частица вошла в поле под углом к направлению поля, то она будет двигаться по спирали с радиусом витка R и с частотой со

разниться не более чем на 1 %) . Отсюда следует, что через каждые z сантиметров расходящийся (в указанных пределах) пучок заряжен­ ных частиц будет собираться в точку, т. е. фокусироваться на обра­ зующей цилиндра (на который навивается спиральная траектория),

в магнитное поле с индукцией 5=500 Гс под углом а=30°. Скорость электрона

с0 = у _ = у 9 . ш _ 2 8 =Ю» см/с.

Полезно отметить, что щ1с~ 1/30, поэтому в настоящий расчет вводить реляти­ вистские поправки не имеет смысла.

. t>„ = f o c o s a = 0,87-109 см/с, і>х = 0,5-109 см/с.

Радиус цилиндра, на который навивается спиральная траектория электрона,

§168. Получение пучков заряженных частиц

Вгазоразрядной трубке (см. ниже) навстречу друг другу дви­ жутся потоки электронов и положительных ионов. Чтобы получить ионный луч, т. е. пучок ионов, движущихся в одном направлении, можно сделать отверстие (канал) в катоде. Большая часть ионов,

попадающих в отверстие, пройдет через него и далее будет двигаться по инерции. Эти пучки под именем каналовых или закатодных лучей были известны физикам еще в прошлом веке. Подобный способ по­ лучения ионного потока сохраняет свою силу и сейчас. Вещество переводится в газообразное состояние, молекулы его ионизуются и далее положительные ионы выводятся через канал из газораз­ рядного объема.

Для получения электронного луча газовый разряд не использу­ ется. Источником электронного луча служит так называемая элек­

лой в 1 А.

ширина которого определяются отверстием. Фокусировка электрон­ ного пучка (фокусирующий электрод 3) позволяет получать сильные и тонкие пучки электронов (см. § 169).

Проблема получения максимального по интенсивности электрон­ ного пучка при данной затрате энергии имеет большое техническое значение.