8.2. Описание магнитных систем
8.2.1. Магнитная система с однородным полем
Магнитное поле создается бочкообразным аксиально-симметричным магнитом, намагниченным в осевом направлении. Кривая осевого распределения магнитной индукции показана на рис. 8.1. На кривой можно выделить следующие пять участков. Участки 1 и 5, где индукция имеет отрицательные значения, создаются полями рассеяния магнита. Участок 3, где поле близко к однородному, является рабочим, участки 2 и 4 образуют переходные зоны. Обычно катод электронной пушки размещается в области нулевого поля (на границе первого и второго участков). Электроны пучка, перемещаясь в переходной зоне (участок 2), в результате взаимодействия с радиальной составляющей поля приобретают вращательную (азимутальную) составляющую скорости. Вращение электронов при движении в однородном поле и приводит к появлению радиальной составляющей силы, описываемой формулой (8.2). Направление действия силы, и соответственно, направление закручивания электрона определяется по правилу правой руки.
 |
При использовании магнитной системы из постоянного магнита отпадает необходимость в дополнительных источниках питания по сравнению с соленоидными магнитными системами
8.2.2. Магнитная система с периодическим полем
Конструкция магнитной системы и осевое распределение магнитной индукции приведены на рис. 8.2. Магнитное поле создается системой магнитных колец (1), намагниченных в осевом направлении, и полюсных наконечников (2).
Кольца устанавливаются таким образом, что поля соседних колец направлены навстречу друг другу, т. е. продольное фокусирующее магнитное поле является знакопеременным. Электроны пучка, перемещаясь в направлении оси 
со скоростью 
и взаимодействуя с радиальной составляющей индукции 
, приобретают азимутальную компоненту скорости. Вращательное движение электронов относительно оси симметрии приводит к появлению радиальной составляющей силы, определяемой формулой (8.2).
Сравнение фокусирующих систем с однородным и периодическим магнитными полями показывает, что системы с периодическим магнитным полем имеют значительно меньшие поля рассеяния, что резко увеличивает эффективность использования магнитных материалов и в итоге позволяет значительно снизить вес и габариты магнитных систем.
8.3. Проведение измерений
Измерение магнитного поля производится датчиком Холла (ДХ) 3, закрепленным на конце зонда 2, перемещаемого вдоль магнитной системы (МС) 1 с помощью электромотора (рис. 8.3). Питание схемы осуществляется от источника постоянного тока 4. Положение ДХ внутри МС фиксируется стрелкой на измерительной линейке. Регистрация магнитного поля производится с помощью цифрового прибора 5, показывающего значение электрического тока датчика Холла. Для снятия измерений надо перевести зонд с ДХ в крайнее левое положение, и затем, перемещая с помощью электродвигателя зонд с ДХ вправо, снимать по измерительной линейке местоположение ДХ и соответствующие этому местоположению значение тока.
Порядок включения установки и проведения измерений описаны в инструкции по включению установки.
8.4. Компьютерное моделирование магнитных систем
Цели компьютерного моделирования:
– исследовать особенности движения электронных пучков в магнитных фокусирующих системах с однородным и периодическим магнитным полем;
– определить условия получения минимальных пульсаций радиуса пучков;
– получить данные о внутренней структуре пучков, степени их ламинарности.
Компьютерное моделирование производится с помощью пакетов прикладных программ MPFS, MPFt, MCFt, «Тесла», «Антра».
MPFS – экспресс-программа анализа магнитной периодической системы, позволяющая получить зависимости осевого распределения магнитного поля от геометрических размеров периодической магнитной системы и материала используемых магнитов.
MPFt, MCFt – экспресс-программы, обеспечивающие траекторный анализ электронных пучков в периодическом и однородном магнитных полях. Программы базируются на упрощенных моделях электронных пучков, в основе которых лежит концепция граничной траектории.
Работа с программами MPFS, MPFt и MCFt производится в режиме диалога в соответствии со сценариями, которые выдаются на экраны мониторов.
Программа «Тесла» предназначена для детального моделирования поля магнитных систем и позволяет получать структуру магнитного поля в виде таблиц и картин силовых линий.
Программа «Антра» позволяет производить траекторный анализ движения электронных лучей со строгим учетом их собственных полей и внутренней структуры.
Работа с программами «Тесла» и «Антра» производится с использованием методического пособия по компьютерному моделированию приборов СВЧ.