تفنگ الکتروني

[maede roshanali]

تفنگ الکترونی
تفنگ الكتروني قطعه­اي است كه يك اشعه­ي الكتروني با انرژي جنبشي معين توليد مي­كند. از تفنگ الكتروني در تلويزيون­ها و صفحات نمايش­گري كه از تكنولوژي لامپ اشعه­ي كاتدي استفاده مي­كنند و نيز در ميكروسكوپ­هاي الكتروني و دستگاه­هاي شتاب­دهنده­ي ذرات استفاده مي­شود.
لامپ­هاي اشعه­ي كاتدي (CRT) كاربردهاي زيادي مثل تلويزيون دارند. آن­ها مي­توانند به­عنوان يك منبع از انواع مختلف اطلاعات مورد توجه قرار گيرند آن­ها توانايي دارند كه سيگنال­هاي الكتريكي را به نمايشگر­هاي بصري مثل تصوير، ميدان­هاي ديد رادار يا امواج الكتريكي تبديل كنند. اساساً تفنگ الكتروني در حكم لامپ­هاي كاتدي امروزي است. كاتد در تفنگ الكتروني در لامپ­هاي اشعه­ي كاتدي فقط نيازمند انتشار الكترون نيست، بلكه بايد الكترون­هاي منتشر شده را به يک اشعه­ي متمرکز تبديل سازد. در لامپ­هاي الكترون، كاتد به صورت استوانه­اي است و الكترون­هاي ساتع­شده در تمام جهت­ها در راستاي محور طولي استوانه قرار مي­گيرند. اين نوع كاتد براي توليد غلظت بالايي از الكترون مناسب نيست. كاتد لامپ اشعه­ي كاتدي شامل يك كلاهك نيكلي با قطر كوچك است و انتهاي كلاهك با ماده­اي كه قرار است انتشار يابد، پوشيده مي­شود
تفنگ الكتروني بر چندين اساس طبقه­بندي مي­شود؛
· نوع ميدان الكتريكي توليد شده (DC يا RF)،
· مكانيزم انتشارامواج (تابش الكترون از جسم داغ، فوتوكاتدي، انتشار امواج به­صورت سرد، منبع پلاسما)،
· نوع كانوني (الكترواستاتيك خالص يا همراه با ميدان­هاي مغناطيسي) و
· تعداد الكترودهاي آن.
يک تفنگ الكتروني الكترواستاتيك گرمايوني، از چند جزء تشكيل شده است؛
· يك كاتد گرم كه در اثر حرارت، جرياني از الكترون از طريق نشر گرمايوني توليد مي­كند،
· الكترودها که يك ميدان الكتريكي توليد مي­كنند كه روي اشعه متمركز مي­شود (مانند استوانه­ي ونلت) و
· يك يا چندين الكترود آند كه متمركز كردن الكترون­ها را سرعت مي­بخشد و آن­ها را بيش­تر متمرکز مي­کند.
يك ولتاژ زياد بين آند و كاتد باعث سرعت گرفتن الكترون­ها مي­شود. يك حلقه­ي دافع بين آن­ها قرار مي­گيرد که الكترون­هاي را در يك نقطه­ي كوچك از آند، جايي که شدت ميدان حاصل پايين­تر روي سطح کاتد مصرف مي­شود، متمرکز مي­کند. گاهي اوقات در اين نقطه يك حفره وجود دارد، لذا اکترون­ها از ميان آند عبور مي­کنند و يک اشعه­ي موازي را تشکيل مي­دهند و درنهايت به آند دوم كه جمع­کننده ناميده مي­شود، مي­رسند. اين آرايش مشابه با لنز­هاي اينزل مي­باشد.
هم­چنين يك نوع از تفنگ الكتروني شامل يك سيلندر است كه گاز از يك انتها وارد آن مي­شود، الكترون­ها از ديواره­هاي كناري بمباران مي­شوند و ولتاژ از انتهاي ديگر آن حاصل مي­شود. اين جعبه نقش يك كاتد را دارد و گسترش­دهنده نقش آند و يك حلقه­ي بي­نام نقش استونه­ي ونلت را دارد.
بيش­ترين رنگ لامپ­هاي اشعه­ي كاتدي - آن­هايي كه در تلويزيون رنگي استفاده مي­شوند- از سه تفنگ الكتروني ساخته مي­شود كه هر يك جريان الكتروني متفاوتي توليد مي­كنند. بخار از صفحه­ي مشبكي عبور مي­كند كه الكترون­ها در آن با يك فسفر آبي، سبز يا قرمز برخورد مي­كنند تا يك نقطه­ي كوچك رنگي از يك پيكسل سبز را روشن كنند. نتيجه­ي نهايي تركيبي از اين سه رنگ است.
يك تفنگ الكتروني مي­تواند در ذرات يونيزه به­وسيله­ي اضافه كردن يا از بين بردن الكترون­ها از يك اتم باشد. اين تكنولوژي گاهي اوقات در طيف­نمايي جرمي در مرحله­اي كه الكترون­ها به ذرات گاز يا بخار يونيزه مي­شوند، استفاده مي­شود.
تمام ميكروسكوپ­هاي الكتروني از يك منبع الكترون استفاده مي­كنند كه در بيش­تر آن­ها از تفنگ گرمايوني، استفاده مي­شود. نقش تفنگ الکتروني، فراهم نمودن يک اشعه­ي قوي از الکترون­هاي با انرژي بالا است. در اين ميان دو نوع تفنگ الکتروني وجود دارد. يک تفنگ الکتروني گرمايوني اين­گونه استفاده مي­شود؛
· انتخاب يک پتانسيل شتباب­دهنده،
· افزايش شدت جريان در فيلامان؛ تا زماني­که منحني نشر افقي شود (حد اشباع)، که بهترين توازن را ميان پرتو جريان ساتع­شده (تا حد امکان بالا) و عمر فيلامان (تا حد امکان طولاني) ارائه مي­دهد و
· تنظيم نمودن ولتاژ باياس؛ که ترکيب مطلوبي از اندازه­ي منبع و جريان پرتو دهد.
كارآيي تفنگ الكتروني گرمايوني به اين صورت است:
1- پتانسيل الكتريكي مثبت كه در آند به كار گرفته مي­شود؛
2- رشته­ي كاتدي كه حرارت مي­بيند تا الكترون­ها را توليد كند؛
3- الكترون­ها سپس با پتانسيل مثبت سرعت مي­گيرند؛
4- يك پتانسيل الكتريكي منفي (تقريباً 500 ولت) براي كلاهك ونلت به­كار گرفته مي­شود؛
5- همان­طور كه الكترون­ها به سمت آند مي­روند، اشعه­هاي منتشرشده از رشته­هاي كناري توسط كلاهك ونلت به طرف محور نوري (مركز افقي) دفع مي­شوند؛
6- دسته­اي از الكترون­ها در فضا بين كلاهك ونلت و نوك فيلامان قرار مي­گيرند. اين دسته از الكترون­ها فضاي شارژ ناميده مي­شوند؛
7- اين الكترون­ها در انتهاي فضاي شارژ (نزديك­ترين نقطه به آند) مي­توانند از سوراخ كوچك (كم­تر از 1 ميلي­متر) واقع در كلاهك ونلت از تفنگ خارج شوند؛
8- اين الكترون­ها سپس به سمت پايين حركت مي­كنند تا بعداً در تصويرسازي مورد استفاده قرار گيرند.
اين فرآيند چند مورد را نتيجه مي­دهد؛
· الكترون­هايي كه بعداً در تصويرسازي استفاده مي­شوند، از يك منبع نقطه­اي تقريباً كامل (فضاي شارژ) منتشر مي­شوند.
· اين الكترون­ها همگي انرژي يكساني (تك­فام) دارند.
· فقط الكترون­هي كه تقريباً با محور نوري موازي هستند، مي­توانند از فضاي تفنگ خارج شوند.
پارامترهاي تفنگ الکتروني
تغيير در پرامترهاي زير، تفنگ الکتروني را کنترل مي­کند؛
· جريان فيلامان (A)؛ جريان فيلامان دماي فيلامان و از اين­رو، تعداد الکترون­هاي ساتع­شده يا جريان پرتو را کنترل مي­کند؛
· باياس؛ ولتاژ باياس اندازه­ي ناحيه­اي از فيلامان که الکترون­ها را نشر مي­دهد کنترل مي­کند و بنابراين اندازه­ي منبع و جريان پرتو را تحت تأثير قرار مي­دهد. اگر باياس خيلي بالا رود، هيچ ناحيه­اي از فيلامان اشعه ساتع نخواهد کرد و گفته مي­شود که اشعه گرفته است؛
· فشار قوي (HT)؛ در TEM، الکترون­هاي انرژي بالاتر مناسب آزمون نمونه­هاي ضخيم­تر ارزيابي مي­شوند، اما ممکن است باعث تخريب نمونه گردد. هم­چنين ميکروسکوپ­هاي ولتاژ بالاتر، گران­تر مي­باشند. اکثر TEMها، داراي ماکزيمم ولتاژي در حدود 200kV هستند. در SEM، اين مقدار نزديک به 25kV است و انتخاب آن با تعادل ميان (که با HT افزايش مي­يابد) و قطر پرتو (که با kV کاهش مي­يابد) تعيين مي­گردد.