143853. lajstromszámú szabadalom • Elektronok és ionok szétválasztására szolgáló berendezés, különösen ioncsapda katódsugárcsövek részére és ilyen ioncsapdával ellátott katódsugárcső
2 143.853 Az 1. ábrán levő koordinátarendszer x tengelye pozitív irányában, az egyszerűség kedvéért equipotenciális villamos térben haladó elektronok és ionok v az 1 pontból (xi o) • a hoszszúsága (X2—xi) homogén, ismét az egyszerűség kedvéért lehatárolt (fizikailag megvalósíthatatlan) mágneses térbe jutnak. Az elektronok az a szakaszban az oi középpontú n sugarú körpályán mozognak es az a szakasz végén a 2 pontba (X2, yä) jutnak. A 2 pont abszcisszája a b szakasz (xs—X2) kezdetét jelenti, ahol mágneses tér nem hat. Ebben a szakaszban az elektronok egyenes pályán mozognak. A pálya iránya megegyezik az oi középpontú n sugarú kör 2 pontbani érintőjének irányával. A b szakaszban egyenes pályán mozgó elektronok a szakasz végén a 3 pontba (X3, ys) jutnak. A 3 pont xs abszcisszája a c szakasz (X4—xs) kezdetét jelenti, ahol az a szakaszban fennálló mágneses térrel ellentétes irányú (nem szükségképpen megegyező nagyságú) mágneses tér hat. Az elektronok a c szakaszban az o;; középpontú ra sugarú körpályán mozognak és a c szakasz végén a 4 pontba jutnak (x4, ye). A 4 pont X4 abszcisszája újból equipotenciális villamos potenciáltér kezdetét jelenti. Ebben a térrészben az elektronok egyenes pályán mozognak. A pálya iránya megegyezik az ós középpontú rs sugarú kör 4 pontbani érintőjének irányával. Az előzőekben bevezetett szakaszok hosszát, valamint a szakaszokban alkalmazott mágneses indukció értékeit úgy választjuk meg, hogy az os középpontú rs sugarú kör 4 pontbani érintőjének iránya párhzamos legyen az x tengely irányával. A két párhuzamos irány közötti távolság értéke f (ys). Az ionok, lévén, hogy az elektronokénál nagyobb tömegűek, nagyobb sugarú körpályára kényszerülnek. Az ionok körpályái speciális esetekben pl. a hidrogénionok esetén 43-szoros. egyszeresen töltött oxigénionok eseten 170-szeres sugarúak. Az ionok az a szakaszban (x;—xt) az 02 középpontú r> sugarú körpályán mozognak és az a szakasz végén az 5 pontba (xs, y\) jutnak. Az 5 pont xa abszcisszája a b szakasz (xs—x?) kezdetét jelenti, ahol mágneses tér nem áll fenn. Ebben a szakaszban az ionok egyenes pályán mozognak. A pálya iránya megegyezik az o> középpontú r > sugarú kör 5 pontbani érintőjének irányával. A b szakaszban egyenes pályán mozgó ionok a szakasz végén a 6 pontba (x:s, ys) jutnak. A 6 pont X,Í abszcisszája a c szakasz (XÍ—xs) kezdetét jelenti, ahol az a szakaszban fennálló mágneses térrel ellentétes irányú (nem szükségképpen megegyező nagyságú) mágneses tér áll fenn. Az ionok a c szakaszban az 04 középpontú rt sugarú körpályán mozognak és a c szakasz végén a 7 pontba (xs, y<s) jutnak. A 7 pont xi abszcisszája újból equipotenciális villamos potenciáltér kezdetét jelenti. Ebben a térrészben az ionok egyenes pályán mozognak. A pálya iránya megegyezik az ot középpontú r4 sugarú kör 7 pontbani érintőjének irányával. Az előzőekben bevezetett szakászok hosszának, valamint a szakaszokban alkalmazott mágneses indukció értékeinek az elektronok pályája szempontjából való megválasztása az Ionok számára is megfelelő, ezért az 04 középpontú r4 sugarú kör 7 pontbani érintőjének iránya párhuzamos az x tengellyel. Az x tengely és a vele párhuzamos ionpálya iránya közötti távolság értéke e (y*). A fentiek szerint tehát az elektronok és az ionok x tengellyel egybeeső pályája az x tengellyel párhuzamosan különböző mértékben eltolódik. A két eltolás közötti különbség: d f—e yo—V4. Ez: a különböző mértékű eltolás pedig az elektronok és az ionok szétválasztását jelenti. Az 1. ábra szerinti ideális mágnesestér eloszlása természetesen nem valósítható meg. A gyakorlatban megvalósítható mágneses indukció eloszlásának minőségi képét pl. a 2. és 3. ábra mutatják be. Az egyes szakaszok jelölése azonos az 1. ábra szerintivel. A 3. ábrából az is látható, hogy a b szakasz hossza pl. nulla is lehet. A 2. és 3. ábrákon példaképpen ábrázolt, a gyakorlatban is megvalósítható indukcióeloszlás esetén az elektronok és az ionok természetesen nem körpályán mozognak, mint az 1. ábra szerinti ideális megoldás esetében, hanem általános görbe pályán. A kialakuló görbe pályák pontjaihoz tartozó görbületi sugár nagyságát, a pályapont abszcisszájához tartozó mágneses inindukció értékei szabják meg. A. 3. ábra szerinti indukcióeloszlás esetén pl. a két mágnestér közötti egyenes pályaszakasz, amelyet az 1. ábra esetében b-vel jelöltünk, megszűnik és a két 'mágnestérben fellépő görbék érintőlegesen csatlakoznak egymáshoz. A találmányunk szerinti, a fenti elv szerint működő ionok és elektronok szétválasztására szolgáló berendezés, pl. ioncsapda péMaképpeni kiviteli alakját a 4. ábra tünteti fel. Az ábrán (J5)-íel jelöltük egy katódsugárcső burájának egy részletét, míg (10)-zel jelöltük az ioncsapdát képező egyik hengert, míg (ll)-gyel a másik, az előbbivel párhuzamosan eltoltan elhelyezett hengert. A két mágnest (12) és (13) jelölik. Az ionokat is tartalmazó elektronnyaláb pl. a (10) henger tengelyében érkezik a csapdába, ahol a fent elmondottak szerint a (12) mágnes hat rá és a nyalábot a kezdeti iránytól eltéríti. A mágneses tér hatására az ionok és elektronok már szétválnak egymástól és a (11) második hengerbe érkeznek. Az elektronnyaláb a (13) mágnes hatására a (11) henger tengelyében halad tovább, majd a csapdából a (14) apertúra nyílásán keresztül távozik. A kisebb • mértékben eltérített ionnyaláb a (11) hengerben elhelyezett (14) apertúrába ütközik és nem lép ki a. csapdából. Ha ezen ioncsapdában a mágneses indukciófcloszlfct vizsgáljuk, úgy a (10) hengerben jelentkezik az előző ábrák szerinti a szakasz, ^a (11) hengerben pedig a c szakasz, míg a két henger találkozási helye környezetében a b szakasz. Megjegyezzük, hogy bármelyik mágnestér kiterjedése nincs kizárólag az egyik henger belsejére korlátozva. A (10) és (11) hengerek egyébként' azonos potenciálon vannak. Az a tény, hogy a válogatás equipotenciális térben történik, az elrendezés villamos szempontból értett torzításmentességét jelenti a véges átmé-
