磁聚焦应用及原理

1、磁聚焦的原理及应用 简单的来说，现代科学研究中，经常需要通过添加磁场使运动的 带电粒子汇聚到一起，这个技术手段称之为磁聚焦。具体上是多束发 散角不大的带电粒子束，当它们在磁场B的方向上具有大致相同的速 度分量时，它们有相同的螺距。经过一个周期它们将重新会聚在另一 点，这种发散粒子束会聚到一点的现象与透镜将光束聚焦现象十分相 似，因此叫磁聚焦。、 磁聚焦的原理： 如果一个带电粒子进入匀强磁场时， 其速度V的方向与磁感强度 的方向成任意角度B,则可将V分解成平行于B和垂直于B的两个 分量V/和V丄。因磁场的作用，垂直于 B的速度分量V丄虽不改变 大小，却不断改变方向。在垂直于B的平面内作匀速圆周运

2、动。平行 于B的速度分量V/不变，其运动是沿B方向的匀速直线运动。这两 种运动的合成，为螺旋线运动。此带电粒子作螺旋运动时，螺旋线的 半径(即电子在磁场中作圆运动的回旋半径)为 R=mvL/(qB)二mvsin 0 /(qB) 粒子每转一周前进的距离称为螺距，用符号表示，则 h=v/ *T=2 n mvcos0 /(qB) 上式中的T是粒子转过一周所需的时间，称为回转周期。 在匀强磁场中某点A处有一束带电粒子，当带电粒子的速度v与 B的夹角很小、各粒子速率v大致相同时，这些粒子具有相同的螺距。 经一个回转周期后，他们各自经过不同的螺距轨道重新会聚到 A点。 发散粒子依靠磁场作用会聚于一点的现象

3、称为磁聚焦。它与光束经光 学透镜聚焦相类似。实际应用中，更多利用它产生的非匀强磁场聚焦。 短线圈的作用类似光学中的透镜， 称为磁透镜。也可用于电子显微镜 中。 磁聚焦还可用于测量电子的质荷比，从而对于微观世界的认识和学习 做出更好的了解，以便于更好的服务于人类。 (1) 式中，匸是电子运动速度的大小，是均匀磁场中磁感应强度的 大小。当电子运动方向与磁场方向斜交时，电子做螺旋运动， 圆轨道的半径为： 5 B (2) 2/5下载文档可编辑 (3) 周期为: 2rr m 螺距为: (4) 占一定时，同一时刻电子流中沿螺旋轨道运动的电子， I和 相同。这说明，从同一点出发的所有电子，经过相同的周期 一

4、-、 二、后，都将会聚于距离出发点为 一二、处。这就是用 纵向磁场使电子束聚焦的原理。 将示波管安装在长直螺线管内部，两管中心轴重合。示波管灯 丝通电加热后，阴极发射的电子经加在阴阳极之间直流高压丁的 作用，从阳极小孔射出时可获得一个与管轴平行的速度，依功 能原理： 则电子的轴向速度为: 4/5下载文档可编辑 (5) 在；偏转板上加一交变电压，则电子束在通过该偏转板时获得一 个垂直于轴向的速度所以，通过偏转板的电子，既具有与管 轴平行的速度门，又具有垂直于管轴的速度 5，这时若给螺线管 通以励磁电流，使其内部产生磁场，则电子将在该磁场作用下作螺 旋运动。这里5就相当于&相当于匚。 将式（5）代入式（4）,可得 （6） 螺线管中磁感应强度的计算公式以-1表示，代入（6） 式，得 . *辽叱& +巧.衍气厂十牛打 盲 亦两亦丽L尹 （7） 式中疋为真空磁导率， 厂、二、二、人的数值由实验室给出 6 因此测得和丁后，就可求得电子的荷质比 二的值。 另外磁聚焦对于霍尔推力器壁面腐蚀和影响推力器的电子运动也 有较大的影响。对于中国航空火箭发射技术的影响也是比较深远的。 这是一个契机，磁聚焦霍尔推力器中国发展好