Л. — Нужно создать поле, линии которого шли бы по оси трубки. Для этой цели нужно расположить катушку электромагнита вокруг горла трубки (рис. 24).
Рис. 24. Катушка для магнитной фокусировки.
Н. — И я полагаю, что фокусировку регулируют, изменяя величину тока в обмотке.
Л. — Именно так. Впрочем, так как поле должно быть постоянным, можно заменить электромагнит постоянным магнитом в форме цилиндра, окружающего горловину трубки в том месте, где электроны выходят из анода, и полюсы которого направлены вдоль оси трубки.
Н. — Я инстинктивно понимаю, что в однородном магнитном поле, направленном вдоль оси трубки, электроны вынуждены концентрироваться в пучок на самой оси. Потому что каждый электрон, который отклоняется от этой оси, должен быть, я думаю, сейчас же возвращен на прямой путь электронной добродетели.
Л. — Твой инстинкт тебя не обманывает. Однако в действительности происходящие явления гораздо сложнее. Представь себе, что электрон, находящийся в однородном магнитном поле, отклоняется от оси, направляясь книзу (рис. 25).
Рис. 25. Движение электрона в магнитном фокусирующем поле.
Лучше всего, если ты вырежешь из бумаги маленький диск, центром которого будет электрон, а край будет изображать соответствующее ему магнитное поле. Если электрон будет двигаться наклонно книзу, то и диск наклонится. Его верхний и нижний края всегда перпендикулярны линиям поля, но его правый и левый края не образуют больше прямого угла с этими линиями. Следовательно, с одной стороны возникнет притяжение, а с другой — отталкивание. В результате…
Н. — …электрон будет перемещен вбок. Это великолепно! В магнитном ноле все происходит совершенно неожиданным образом. Ну, а если электрон уходит теперь влево…
Л. — …те же рассуждения покажут, что он будет перемещаться вверх.
Н. — И, следовательно, поле будет перемещать его вправо, и т. д. Таким образом, он опишет в конце концов окружность вокруг оси. Какое странное движение! И оно никогда не кончается?
Л. — Конечно! Так как радиус окружности непрерывно уменьшается вплоть до момента, когда электрон попадет на ось и послушно будет двигаться вдоль нее. Это значит, что траектория, приводящая электрон па ось, имеет форму спирали или штопора.
И. — Магнитная фокусировка напоминает мне пляску скальпов.
Л. — Почему же?
Н. — Потому что индейцы, привязав свои жертвы к столбу, описывают вокруг них все уменьшающиеся круги вплоть до момента, когда…
Л. — …вмешательство провидения спасает в решающий момент скальп бесстрашного исследователя. Я ведь тоже читал Фенимора Купера и Майн Рида…
Н. — Теперь, когда ты мне показал анатомию и физиологию электронно-лучевых трубок, я попытаюсь взвесить сравнительные достоинства электростатических и электромагнитных систем. Я понимаю, что трубки с электромагнитными отклонением и фокусировкой проще в изготовлении. Но зато, мне кажется, лучше иметь дело с напряжением, создающим электрическое поле, чем заставлять ток проходить через обмотки электромагнита, что требует некоторой мощности и, следовательно, расхода энергии.
Л. — На первый взгляд ты прав. На самом же деле твои доводы справедливы только в случае трубок небольшого диаметра, самое большее до 20 см. Потому что ты не учитываешь фактора чувствительности.
Н. — Я не понимаю, причем здесь чувства…
Л. — Нет, речь идет здесь о чувствительности отклонения — величине, которая для данной трубки показывает, на сколько миллиметров переместится пятно по экрану, когда напряжение на отклоняющих пластинах изменится на 1 в или когда отклоняющее магнитное поле изменится на 1 гс (гаусс — единица магнитной индукции).
Н. — Таким образом, если я правильно понял, чем чувствительнее трубка, том меньше необходимое напряжение (или мощность в случае магнитных полей) для получения данного перемещения пятна. А от чего же все-таки зависит чувствительность трубки с электростатическим отклонением?
Л. — В такой трубке пятно отклоняется тем больше, чем дольше электроны подвергаются действию отклоняющего поля. Следовательно, чем длиннее отклоняющие пластины, тем выше чувствительность. Точно так же, чем ближе расположены пластины одна к другой, тем больше чувствительность, так как поле интенсивнее.
Н. — Значит, можно делать трубки с очень высокой чувствительностью, используя очень длинные пластины и сокращая до минимума расстояние между ними?
Л. — Ты скоро упрешься в тупик на этом пути, ибо при малейшем отклонении электронный пучок попадет на пластины. Для полноты картины следует добавить, что отклонение уменьшается по мере увеличения скорости электронов.
Н. — Это понятно. Чем быстрее летит снаряд, тем меньше отклоняется он от своей траектории из-за земного притяжения.
Л. — И вот, так как скорость электронов зависит от напряжения на последнем аноде, при увеличении напряжения на нем отклонение уменьшается в таком же соотношении. Это очень важно.
Н. — Я четко вижу формулу, показывающую, что чувствительность S прямо пропорциональна длине пластин l и обратно пропорциональна расстоянию d между ними и анодному напряжению Ua.
Л. — Чудесно! В этой формуле не хватает только расстояния L между отклоняющими пластинами и экраном. Ведь понятно, что чувствительность увеличивается с увеличением этого расстояния, потому что для одного и того же угла отклонения перемещение пятна тем больше, чем дальше расположен экран.
Н. — Ну, это совершенно очевидно. А вот для магнитного отклонения?
Л. — Дело происходит приблизительно таким же образом. Чувствительность и здесь пропорциональна длине l отклоняющего поля, через которое проходят электроны, и расстоянию L между катушками и экраном. Чувствительность уменьшается, когда анодное напряжение Ua увеличивается, но не в том же отношении, что при электростатическом отклонении. В этом случае чувствительность обратно пропорциональна квадратному корню из величины анодного напряжения.
Н. — Иначе говоря, если напряжение увеличивается в 4 раза, то чувствительность уменьшается только в 2 раза?
Л. — Если так пойдет дальше, ты утрешь нос Лейбницу, Ньютону и Эйлеру, вместе взятым…
Н. — Однако все это мне не разъясняет, каким образом вопросы чувствительности заставляют в больших трубках отдать предпочтение способу электромагнитного отклонения.
