Věda a technika v pozadí
Televize a magnet
Teorie
Klasická obrazovka nebo monitor má velmi jemnou strukturu, kterou vytvářejí svislé proužky luminiscenčních látek, které září červeně, zeleně a modře. Tak vznikají tři základní barevné obrazy, které se navzájem prolínají. Protože jemná struktura stínítka není z běžné vzdálenosti okem rozlišitelná, vnímáme výsledný barevný obraz, který může mít všechny odstíny barev. Luminofor je látka, která svítí po dopadu elektronů s energií řádově 10 keV. Elektrony se v obrazovce uvolňují z katody termoemisí, systémem dalších elektrod je z nich vytvořen elektronový paprsek, který je urychlován stejnosměrným vysokým napětím a magneticky vychylován vodorovnými a svislými vychylovacími cívkami.
Princip klasické obrazovky.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Elektronový paprsek je vychylovacími cívkami také tvarován tak, že se fokusuje (zaostřuje) právě na luminofor. V každém okamžiku se tak elektronovým paprskem ozařuje jisté, plošným obsahem velmi malé, místo na luminoforu obrazovky. Jas, kterým tento bod svítí, je přímo úměrný množství elektronů v paprsku. Chceme–li proto na obrazovce vytvářet místa s různým jasem, musíme v čase měnit počet elektronů v paprsku. Toho se dosahuje obrazovým signálem (u barevných televizorů jeho jasovou částí), kterým se mění napětí mezi katodou a dalšími elektrodami obrazovky. Kdyby luminofor neměl žádnou setrvačnost, svítil by na obrazovce v každém okamžiku jen jeden jediný bod. Vzhledem k setrvačnosti – dosvitu – luminoforu září v každém okamžiku na obrazovce vždy vodorovný (přesněji řečeno směrem doprava mírně skloněný) obdélník. Pohybuje-li se elektronový paprsek po stínítku obrazovky s dostatečnou rychlostí, oko nestačí sledovat paprsek, ale vnímá celou rozzářenou plochu obrazovky.
Elektronový paprsek lze ovlivňovat magnetickým polem. Na obrázku je schématicky zachycena stopa, kterou vytvořil proud volných elektronů pohybujících se v magnetickém poli. Tečkami je naznačeno, že pokusná trubice je umístěna v homogenním magnetickém poli, jehož indukční čáry jsou kolmé k nákresně.
Zakřivení dráhy elektronu v magnetickém poli.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Ze zdroje elektronů vyletují jednotlivé elektrony určitou rychlostí v, jejíž vektor míří vzhůru a je kolmý k indukčním čárám. V důsledku pohybu elektronů vzniká magnetická síla Fm, která je kolmá jak k indukčním čarám, tak ke směru rychlosti. Působením této síly se trajektorie elektronu zakřiví, což způsobí změnu směru rychlosti, ale současně i změnu směru magnetické síly. Ta při pohybu elektronu míří stále do jednoho bodu, který je středem trajektorie ve tvaru kružnice. Magnetická síla je v tomto případě silou dostředivou. Volná částice s nábojem se pohybuje po kruhové trajektorii. Poloměr trajektorie závisí na rychlosti částice.
Magnetickým polem se elektrony ovlivňují i v urychlovačích částic. Postupně z lineárního urychlovače vyvinul v roce 1931 Ernest Lawrence kruhový urychlovač, tzv. cyklotron. Ernest Lawrence se svým prvním cyklotronem s poloměrem 40 cm urychloval protony na energii řádově 10 MeV. Energie, kterou mohou získat částice v cyklotronu, má svoji horní hranici. Jak plyne ze speciální teorie relativity, tak s rostoucí rychlostí částice, roste i její hmotnost. Při rychlostech blízkých rychlosti světla je tento efekt tak výrazný, že se poruší synchronnost pohybu částic se změnami elektrického pole. To pak může vést k tomu, že částice dojde do urychlujícího prostoru se zpožděním a urychlování se tak může změnit přímo v brždění. Z toho důvodu byl pro urychlování elektronů v roce 1940 postaven tzv. betatron, který elektrony urychluje v tzv. vírovém elektrickém poli. V roce 1944 Vladimir Veksler a nezávisle na něm Edwin McMillan objevili jev nazvaný autofázování částic. Na tomto jevu jsou založeny všechny dnešní urychlovače – synchrotron, fázotron, synchrofázotron, kterými se urychlují částice na energii až tisíce MeV. V synchrotronu se částice urychlují podobně jako v cyklotronu rezonančním účinkem proměnného elektrického pole. Pro zakřivení dráhy se používá proměnného magnetického pole, a to proto, aby se kompenzovaly poruchy v synchronizaci periody urychlujícího elektrického pole a doby oběhu elektronu v magnetickém poli, k nimž dochází relativistickým nárůstem hmotnosti. Je výhodné, aby křivost dráhy byla co nejmenší, a tedy poloměr co největší.
Synchrotron CLS.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
