Теоретически и экспериментально исследуется активно изучаемый в настоящее время эффект бесконтактного прохождения (guiding) заряженных частиц через диэлектрические каналы [1–4]. Рассматривается guiding 10 кэВ электронов в плоских каналах, образованных стеклянными пластинками.
Схема эксперимента
Общая схема экспериментов показана на рис. 1.
Рис. 1
Образцы помещались в гониометр, позволяющий менять угол наклона образца по отношению к оси пучка электронов. Для того, чтобы иметь возможность работать с «ленточным» пучком (прямоугольного сечения, высота которого много меньше ширины пучка), использовалась металлическая маска, размер отверстия которой в среднем 0,5х4 мм. На расстоянии 32,5 см от оси вращения располагался стеклянный экран, покрытый сцинтиллятором. На экран была нанесена сетка 1,5х1,5 см.
Диэлектрическая трубка
Электроны (Е=10 кэВ, ток на маске 170 нА, сечение пучка около 2 мм в диаметре, расходимость < 0.2 град.) пропускались через пластиковую трубку диаметром 1,63 мм и длиной 5 см (аспектное отношение около 30), укрепленную в гониометре. Трубку наклоняли относительно оси пучка на некоторый угол и следили за движением следа пучка на экране, покрытом сцинтиллятором. На рис. 2 приведен результат эксперимента.
Рис. 2
Из графика видно, что трубка управляет пучком в диапазоне углов от –4 до 4 градусов, поворачивая пучок на угол несколько больше угла наклона. Причем максимальный угол наклона в данном случае определялся диапазоном наклона гониометра, а не исчезновением следа пучка на экране.
Плоский канал
Аналогичный эксперимент был поставлен для плоского канала, образованного двумя стеклянными пластинами длиной 5 см с расстоянием между пластинами 0.7 мм. Входной торец канала заземлялся. Канал поворачивался на углы приблизительно от –2° до +2° относительно оси пучка. Результаты эксперимента приведены на рис. 3. График слегка асимметричен по отношению к горизонтальной оси, что можно объяснить небольшим расхождением в длинах пластинок (верхняя пластинка несколько длиннее (в пределах 1 мм) нижней).
Рис. 3
Диэлектрические поверхности
Результаты приведенных экспериментов показали, что, как и в случае прохождения ионов через диэлектрические капилляры, на внутренних стенках канала образуется самосогласованное распределение заряда, позволяющее электронам проходить через канал без соударения с его стенками.
Экспериментальное исследование отражения пучка от одной пластины было предпринято с целью выяснения механизма бесконтактного прохождения.
Использовались пластины различной длины, с маской и без маски (пучок круглого сечения) при разных токах. Результаты нескольких экспериментов приведены ниже.
1. Короткая стеклянная пластина (35 мм) без заземления нижней поверхности, заземляется только фронтальная часть. Пластина крепилась на диэлектрической платформе и поворачивалась на углы до
1 градуса. При больших углах наклона след на экране исчезал, возможно, из-за сильного рассеяния электронов.
Ток пучка – 170 нА на маске (рис. 4).
Рис. 4
2. Длинная стеклянная пластина (76 мм) без заземления нижней поверхности, заземляется только фронтальная часть. Пластина крепилась на диэлектрической платформе и поворачивалась на углы до 1,5 градуса. При больших углах наклона след на экране исчезал, из-за сильного рассеяния электронов.
Данный эксперимент проводился на круглом пучке без использования маски (рис. 5).
Рис. 5
3. Длинная пластина из органического стекла (55 мм), покрытая люминофором, алюминиевая фольга экранирует передний торец внахлест (ширина 1,25 мм).
При больших углах наклона след на экране исчезал, из-за сильного рассеяния электронов. Поведение электронов в эксперименте (рис. 6) было подобно поведению в случае со стеклянной пластиной.
Рис. 6
Результаты
Эксперименты с двумя пластинами показали обычные в таких случаях захват и распространение электронного пучка вдоль оси канала. Как и в случае прохождения ионов через диэлектрические капилляры, на внутренних стенках канала образуется некоторое самосогласованное распределение заряда, позволяющее электронам следовать за каналами различной геометрии при повороте их на небольшие углы относительно оси пучка. Экспериментальное исследование отражения пучка от одной пластины, предпринятое с целью выяснения механизма бесконтактного прохождения, выявило ряд особенностей процесса, таких как незеркальность и зависимость характера отражения от длины пластины. В некоторых экспериментах с пластиковыми поверхностями наблюдается сильное поднятие следа пучка на экране на несколько (до 12) градусов по сравнению со следом прямого пучка даже при отрицательном наклоне пластины. Причина данного эффекта требует дополнительного исследования.