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Die Fokussierung (bündeln) des Elektronenstrahls kann auch wieder mit Hilfe von Kraftfeldern geschehen. Man kann auch hier wieder elektrostatische und magnetische Felder zur Strahlfokussierung heranziehen. Diese Felder haben nun die Aufgabe die sich in einem bestimmten Winkel ausbreitende Elektronenwolke so abzulenken, daß sich ihre Bahnen schließlich alle in einem einzigen Punkt kreuzen. In diesem Schnittpunkt ist die Energie aller Elektronen konzentriert und ergibt am Leuchtschirm den hellsten und schärften Leuchtpunkt. Dieser Vorgang ist mit einem Vorgang in der Optik vergleichbar. In der Optik werden mit Hilfe von Linsen die Lichtstrahlen so umgelenkt, daß sie wieder zusammenlaufen und sich schließlich in einem einzigen Punkt wieder kreuzen. Dieser Punkt heißt Bildpunkt. Man spricht auch bei der Kathodenstrahlröhre von Elektronenlinsen, genauer von elektrostatischen oder magnetischen Linsen. Allgemein heißt diese Technik, die sich mit der Ablenkung von Elektronen befaßt, Elektronenoptik.
Bewegt sich ein Elektron in beliebiger Richtung (aber nicht parallel zu den Kraftlinien ) durch ein Magnetfeld, dann erfährt es in jedem Augenblick eine Ablenkkraft, die sowohl senkrecht auf seine eigene Bewegungsrichtung, als auch auf die Richtung der Kraftlinien steht. Bewegt sich das Elektron jedoch parallel zu den Kraftlinien, dann entsteht keinerlei Ablenkkraft.
Wir lassen nun ein einzelnes Elektron in ein Magnetfeld hineinfliegen um zu sehen wie es durch das Magnetfeld abgelenkt wird. Das Elektron durchfließt das Magnetfeld in einer
Schraubenform, die je nach Einflugrichtung steiler oder flacher sein kann. Es gibt nur zwei Fälle wo es zu keiner Schraubenbewegung kommt. Das ist erstens, wenn sich das Elektron in einem ideal parallelgerichteten Feld genau senkrecht zu den Feldlinien bewegt. Und zweitens, wenn sich ein Elektron in einem Feld genau parallel zu den Kraftlinien bewegt. Diese beiden Fälle können aber kaum ganz verwirklicht werden. Also ist die schraubenförmige Elektronenbewegung für die gesamte Elektronenoptik von größter Bedeutung.
Man kann aber eins nicht außer Betracht lassen; Wir haben bisher nur von homogenen Feldern gesprochen, diese kommen aber in der Wirklichkeit nicht vor. Das Feld reicht im allgemeinen über den Polschnitt hinaus und geht allmählich in den umgebenen, feldfreien Raum über. Diese Ablenkung in den inhomogenen Randfeldern hat im allgemeinen wenig Bedeutung.
Magnetische Fokussierung mit \"kurzen\" Feldern
Man kann diese Fokussierung damit vergleichen, dass man in einen Hufeisenmagnet eine kreisförmige Öffnung hineinbohrt. Durch diese Öffnung lassen wir nun den Elektronenstrom fließen.
Diese ringförmigen Randfelder besitzen die bemerkenswerte Eigenschaft, daß Elektronen, die von einem Punkt auf der Achse des Feldes ausgehend, sich unter nicht zu großen Winkeln von der Ausrichtung entfernen, durch ihre komplizierten Schraubenbewegungen gerade so abgelenkt werden, daß sie nach dem verlassen des Feldes auf einen gemeinsamen Punkt zufliegen und sich dort kreuzen. Dabei hängt die Entfernung des gemeinsamen Schnittpunktes der Elektronen einerseits von der Elektronengeschwindigkeit ab, andererseits von der Stärke des Magnetfeldes. In der Praxis wird daher die Feldstärke verändert um den Schnittpunkt genau in die Ebene des Leuchtschirms fallen zu lassen.
Praktische Ausführungen magnetischer Linsen
Es gibt drei Arten von magnetischen Linsen. Die erste ist die elektromagnetische Fokussierung, sie wird nur in einem ringförmigen Spalt wirksam, der an der Innenseite des die Spule umschließenden Eigengehäuses vorgesehen ist. Diese Möglichkeit ergibt den kleinsten und schärfsten Leuchtpunkt, ist aber sehr teuer und wird daher nur in Geräten mit hohen Ansprüchen angewandt. Die zweite ist die permanentmagnetische Fokussierung, auch hier wird das Feld nur an einem ringförmigen Spalt des Eigengehäuses wirksam. Durch verschieben des Ringes werden die Feldverhältnisse in und um den Spalt geändert und damit das Elektronenbündel richtig fokussiert. Bei beiden Möglichkeiten mit einem einzelnen Magneten ergibt sich der Nachteil, daß ein mehr oder weniger starkes Streufeld entsteht. So entsteht ein verschwommener Leuchtpunkt, der noch zusätzlich von der horizontalen und vertikalen Ablenkung störend beeinflußt wird und Bildverzerrungen hervorruft. Bei der dritten Ausführung wird ein solches Streufeld, durch eine zweifache Anordnung dieser permanentmagnetischen Fokussierungseinheit, vermieden. Die beiden Ringe werden nebeneinander angeordnet und haben die gleiche, aber entgegengesetzte magnetische Wirkung.
Dadurch wird das Feld nur im umschlossenen Raum aufrecht gehalten, im umgebenden Raum heben sich die beiden Wirkungen gegenseitig auf. Die Schraubenbewegungen werden zwar durch dieses Doppelfeld noch komplizierter, aber die Fokussierung wird dadurch nicht beeinflußt. Das letzte Verfahren ist erst möglich seitdem die Entwicklung des besonderen magnetischen Werkstoffs Ferroxdure erfunden war. Vorher haben die Magneten bei dieser Doppelanordnung ihren Magnetismus verloren.
Magnetische Fokussierung mit \"langen\" Feldern
Der Unterschied besteht darin, daß hierbei die Elektronen sofort nach ihrem Abschuß in die Schraubenbahn gebracht werden, weil die Kathode bei langen Feldern sich bereits im Magnetfeld befindet. Die Elektronen durchfliegen zwar alle verschieden Schraubenradien, verschiedene Abflugwinkel sind die Gründe. Aber das Bemerkenswerte ist, daß sich bei einer solchen Anordnung trotzdem alle in einem Punkt wieder treffen. Genau wie bei den kurzen Feldern. Man kann aber nun nach der fünften oder sechsten vollem Umdrehung abermals ein Kreuzungspunkt aller Elektronen feststellen. So hat man auch die Elektronenfokussierung bei langen Magnetfelder erreicht. Praktisch läßt sich das lange Feld, das ja die ganze Röhre von der Kathode bis zur Anode vollkommen homogen erfüllen muß, nur durch eine große, die ganze Röhre einschließlich das Leuchtschirmes umfassende, stromdurchflossene Spule erzeugen. Somit scheidet diese Art der Fokussierung für die sehr großen, modernen Fernsehbildröhren aus.
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