Юрий Костыков - Волшебная лампа

Если верить ученому Торичелли, который утверждал, что «природа не любит пустоты», то придется заключить, что, очевидно, электронная лампа «расходится во вкусах» с природой. Она «обожает» пустоту и не может без нее жить. Лампа нормально работает лишь в том случае, если давление в ней составляет примерно одну миллиардную часть атмосферного. При большем давлении работа лампы нарушается, срок службы ее чрезвычайно сокращается, а при значительном количестве воздуха нить ее моментально перегорит. Таким образом, получение нужного вакуума (пустоты) играет чрезвычайно важную роль в жизни и работе лампы. Но получить такую «громадную пустоту» невозможно даже при помощи самых лучших насосов. Поэтому, кроме откачки воздуха, в лампу вводятся особые поглотители (геттеры), которые обладают способностью поглощать газ и обеспечивают требуемый вакуум.

Но в некоторых лампах баллоны умышленно наполняются определенными газами или парами. В этом случае ток, протекающий через лампу, не будет уже определяться исключительно электронами, вылетевшими из катода, как в вакуумной лампе. Здесь электрон, вылетев из катода, может по пути к аноду столкнуться с молекулой — газа. Если удар будет достаточно сильным, то он может выбить из молекулы другой электрон. Молекула тогда сделается ионом и начнет двигаться к катоду, а оба электрона полетят дальше к аноду. Но они опять могут столкнуться с новыми молекулами и разобьют их. Процесс образования ионов и электронов, или, как говорят, процесс ионизации газа, будет нарастать, как лавина, летящая с горы. Поэтому, когда надо получить большие силы тока, выгоднее применять лампу, наполненную газом.

Однако газонаполненные лампы имеют и ряд недостатков. Главнейший из них состоит в том, что процесс ионизации происходит сравнительно медленно.

Из «эффекта», открытого Эдисоном, стало расти и развиваться чудесное «растение». С течением времени оно выросло и превратилось в большое, густое и развесистое «дерево». Каждая веточка этого «дерева» — это новая разновидность электронных ламп. «Дерево» это, изображенное на следующей странице, наглядно показывает прогресс электронной техники за 60 лет ее жизни.

«Электронное дерево».

В 1895 году известный физик Рентген обнаружил, что если на пути быстро летящих электронов, то есть притягиваемых очень высоким напряжением, поставить металлическую пластинку, то в месте падения электронов возникнут какие-то лучи, подобные лучам света, но совершенно невидимые нашим глазом.

После тщательного их изучения оказалось, что они обладают рядом чрезвычайно интересных свойств. Так, например, они легко проникают через любые совершенно непрозрачные для обычного света тела. Подобно световым лучам они производят почернение фотографической пластинки. Некоторые вещества под их воздействием начинают светиться видимым светом. Проходя через газы, они вызывают их ионизацию, то есть выбивают из газовых молекул электроны, и, наконец, они оказывают сильное специфическое воздействие на живые организмы и ткани. Эти таинственные, неизвестные до этого лучи стали называть X-лучами, или, по имени их изобретателя, лучами Рентгена.

Но Рентгену не удалось получить устойчивого, неизменного потока электронов. Поэтому и поток Х-лучей у него получался неравномерным по величине, а сами лучи были неоднородными по своим свойствам. И вот тогда, в 1913 году, американец Кулидж предложил использовать в качестве источника электронов в рентгеновской трубке раскаленное тело, то есть воспользоваться «эффектом Эдисона». Это произвело целый переворот в рентгенотехнике. Новые трубки оказались свободными от всех недостатков прежних трубок. Молодое «электронное растение» получило первое важное ответвление — трубки Кулиджа и Рентгена.

Трубка Рентгена-Кулиджа.

Несколько лет спустя, в 1916 году, «растение» дало еще один побег — электронно-лучевые трубки. Простейший вид такой трубки показывает рисунок на этой странице.

Простейшая электронно-лучевая трубка.

Нагреваемый катод К излучает электроны, которые притягиваются анодом А . Часть прилетевших на анод электронов проскакивает через небольшое отверстие в аноде и продолжает лететь узким пучком дальше. На пути этого узкого электронного пучка ставится стеклянный экран Э , покрытый особым веществом, которое обладает способностью светиться под влиянием ударяющих электронов. Таким образом место падения электронного пучка становится видимым.

Если на пути электронного пучка, поставить пластинки П 1и П 2и подать на них переменное напряжение, то они будут отклонять электронный пучок, и светящееся пятно нарисует на экране все изменения, происходящие с напряжением на пластинках.

Эта трубка сыграла огромную роль в открытии электрона и изучении его свойств. Ученому и инженеру она позволила видеть и записывать явления, происходящие в различных электрических цепях в течение чрезвычайно коротких промежутков времени.

Применение электронно-лучевой трубки в телевидении резко повысило качество применяемых изображений. Современное телевидение совершенно немыслимо без этого важнейшего прибора.

Под сенью нашего «электронного дерева» взошло и стало быстро развиваться еще одно чудесное «растение».

В то время как первое «дерево» выросло из «эффекта Эдисона», второе ведет свое происхождение от другого эффекта — эмиссии электронов под действием света, или, сокращенно, фотоэффекта. Это «растение» носит название фотоэлемента.

Принцип устройства фотоэлемента довольно прост. На внутреннюю поверхность стеклянной колбы нанесен слой металла, являющегося катодом, из которого под действием света излучаются электроны. Наибольшей способностью излучать под действием света электроны обладают металлы: калий, натрий, рубидий и цезий. Они-то главным образом и применяются для фотокатодов.

Устройство фотоэлемента.

Вылетевшие из фотокатода электроны, как и в обычной электронной лампе, притягиваются положительно заряженным анодом. Анод, чтобы не загораживать свет, падающий на катод, делается в фотоэлементах в виде сетки или кольца. Хотя явление фотоэффекта известно сравнительно давно — оно открыто московским профессором Столетовым в 1888 году, — применяться фотоэлемент стал лишь недавно. Объясняется это в основном тем, что количество электронов, выбиваемых светом из фотокатода, не настолько велико, чтобы их можно было непосредственно подвести к громкоговорителю или другому «рабочему» прибору. Ток от фотоэлемента необходимо предварительно усилить по крайней мере в тысячу раз. Пока усилительная лампа не была усовершенствована, фотоэлемент находил ограниченное применение. Сегодня же, в связи с огромными успехами в области усиления электрических токов, фотоэлемент завоевывает все новые и новые позиции.