Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
3. G. P. Thomson, Nature 120, 802 (1927).
4. Bethe, Naturwiss 16, 786 (1927).
5. Darwin, Phil. Mag. 27, 318 (1913).
6. Darwin, Ргос. Roy. Soc. 117, 258 (1928).
Лекционная демонстрация дифракции электронов **)
На основе черно-белой телевизионной трубки сконструирован прибор для демонстрации дифракции пучка электронов на тонкой пленке золота. На экране трубки, в которой на пути пучка помещена
*) Очевидно, что число волн, связанных с отдельным электроном, может быть бесконечно большим. Очень интересно рассмотреть вопрос о поведении электрона, который описывается очень узким волновым пакетом. Если закон, связывающий скорость и длину волны, точен, то такой электрон, не имеющий определенной волны, не может обладать никакой определенной скоростью. В соответствии с соотношением неопределенности Гейзенберга экспериментальное поведение электрона не поддается точному предсказанию. И неясно, насколько правильно считать, что электрон вообще обладает скоростью.
**) J. M. F о w 1 е г, W. Warren, Е. D. L a m b е, Amer. J. Phys. 30,891 (1962).
264
тонкая пленка золота, возникает изображение концентрических дифракционных колец, расположенных вокруг центрального максимума. Два наиболее ярких кольца можно наблюдать в затемненной комнате на расстоянии, не меньшем 13 метров, что дает возможность использовать этот прибор для показа в больших аудиториях.
I. Введение* Условия справедливости корпускулярной и волновой концепций можно показать на примере явлений, которые хорошо известны или по крайней мере легко демонстрируются. Не менее важными, но более сложными для показа являются опыты, в которых проявляется единство этих концепций. В частности, студентам-физикам должны быть продемонстрированы интерференционные свойства пучка частиц (скажем, электронов), кинетическое поведение которого было ими усвоено раньше.
Для показа интерференции удобно использовать демонстрационный прибор, который будет здесь описан. Его стоимость не очень велика, так как он почти целиком состоит из элементов, используемых в телевидении.
II. Аппаратура. В приборе использовалась черно-белая телевизионная трубка 16\ТР4 с диаметром 16 дюймов (41 см), приобретенная после восстановления. По соглашению с изготовителем
Рис. 5. Конструкция Держателя фольги, который монтируется на электронную пушку промышленного типа: а) одна половина «сэндвича», б) «сэндвич» в собранном виде (/ — золотая пленка, 2 — латунная прокладка, 3 — латунные вннты).
в электронную пушку была вмонтирована пленка для получения дифракции и затем эта модифицированная пушка устанавливалась в трубку обычным образом. Мы применяли пушку с электростатической фокусировкой электронов, которая обычно используется в черно-белой (17-дюймовой) трубке 17АУР4.
Пленка золота была получена испарением золота в вакууме на поливиниловую подложку. Толщина пленки приблизительно 500 '-А, что эквивалентно поверхностной плотности 0,1 мг/см2. Пленка такой толщины вполне пригодна для работы, хотя использование пленки с поверхностной плотностью около 0,05 мг/см2 улучшало разрешение и увеличивало интенсивность дифракционных
265
колец. При этом яркость центрального максимума не мешала наблюдению колец. Подложка из поливиниловой пленки имела поверхностную плотность порядка 0,005 мг/см*. Ее влиянием на дифракционную картину можно было пренебречь. Поливиниловая пленка с золотым покрытием помещалась в латунный «сэндвич», как показано на рис. 5. В конце электронной пушки были просверлены два отверстия и «сэндвич» закреплялся в них с помощью двух
Рис. 6. Схема высоковольтного питании телевизионной трубки, оторая используется для демонстрации дифракции электронов.
цилиндрических латунных прокладок (рис. 5, б). Пушка с фольгой помещалась в трубку, которая затем откачивалась и запаивалась изготовителем. Схема питания катодно-лучевой трубки показана на рис. 6. На внутреннее покрытие трубки от источника питания подается напряжение до 14 кв, катодный подогреватель питается от напряжения 6 в. Все остальные выводы с трубки заземляются. Приложенное высокое напряжение измеряется микроамперметром на 100 мка, последовательно с которым включено сопротивление 140 Мом. Максимальному отклонению прибора соответствует напряжение 14 кв. Для улучшения электронного пучка используются два внешних магнита, которые являются обычными элементами телевизионных приемников. Первый из них — «ионная ловушка» представляет собой маленький постоянный магнит, который закрепляется на тонкой части трубки вблизи катода и препятствует прохождению ионов, вылетевших из катода. Второй магнит является магнитом положения пучка. Этот магнит, ярмо которого окру-
266
жает шейку трубки, используется в данном случае вместо электростатического фокусирующего электрода пушки для фокусировки пучка. Было найдено, что наиболее четкое изображение получается тогда, когда плоскость ярма составляет угол около 60° с осью трубки (рис. 6).
III. Результаты. Ожидаемая дифракционная картина для золота может быть вычислена по формуле, данной Гарнвэлом и Ливингу-дом [1J:
г(ййп = (ЛХ/д)(АН*,, + /*)1Ч (1)
