Urychlovací elektrická čočka

Elektronům získaným emisí z katody je nutné dodat kinetickou energii (je zvykem udávat ji v elektronvoltech, tedy potenciálním rozdílem, kterým byly urychleny) a formovat jejich dráhy tak, aby vytvořily svazek co nejmenšího průměru. Toho dosáhneme vhodným tvarem urychlujícího elektrického pole, tj. vhodným tvarem elektrod, které jej vytváří. Nezbytným požadavkem je také možnost řídit výkon elektronového svazku spojitě od nuly do jistého požadovaného maxima. To vede ke konstrukci tzv. triodového systému, kde mezi katodu a anodu je vložena pomocná, řídící (Wehneltova) elektroda s nastavitelným záporným potenciálem vůči katodě.

Obr. 1: Tvorba svazku urychlovací čočkou.Obr. 1: Tvorba svazku urychlovací čočkou.

Pro tvar drah elektronů, tedy celého svazku, je rozhodující elektrické pole v nejbližším okolí katody (viz obr. 1). Při jejím povrchu je počáteční rychlost emitovaných elektronů blízká nule, proto jsou zde elektrickým polem ovlivňovány nejsilněji (urychlovány ve směru gradientu elektrického pole). Chceme-li z elektronů emitovaných z plochy několika čtverečních milimetrů vytvořit svazek, který v nejužším místě má mít průměr třeba jen 0,1 mm musí elektrické urychlující pole mít fokuzační účinek, tj. směrovat i dráhy elektronů emitovaných z míst na katodě vzdálenějších od osy směrem k ose. Pro naše účely by bylo žádoucí, aby se všechny dráhy protínaly v jediném bodě. To se ovšem nikdy nezdaří ideálně, takže svazek pouze dosáhne jistého minimálního průřezu s nejvyšší plošnou hustotou výkonu v místě, kterému říkáme křižiště. Toto však leží v oblasti urychlovací čočky, kam nemůžeme umístit součástky, které chceme svařovat. Elektrony proto necháme pohybovat se dál (za anodou již stálou rychlostí), přičemž v jistém místě vytvoříme kolem osy svazku magnetické rotačně souměrné pole, které má fokuzační účinek, jak dále podrobněji vysvětlíme.