記得家裡的「大屁股」電視機嗎?它是我們擁有的第一臺粒子加速器

2021-01-13 李論科學

大家可曾記得家裡那個大屁股電視機?在我們的世界還沒有OLED電視之前,它伴隨著我們成長,那裡面有《超能勇士》《黑貓警長》這都是我們的童年,但是你知道這種老一輩的技術是如何工作的,它為什麼必須這麼大,媽媽為何要讓我們離電視機遠一點?今天我們從以下幾個方面來討論下這個話題,並且要告訴你一個驚人的事實,它其實是你擁有的第一臺粒子加速器。有沒有被驚訝到,我們曾經擁有這麼高能的設備啊。

什麼是粒子加速器電視機是怎樣工作的為什麼紙會粘在電視上小型粒子加速器好了,我們就帶著這幾個問題開始今天的科學之旅吧

什麼是粒子加速器

粒子加速器是將帶電粒子(基本粒子、原子核……)加速到接近光速的高速的裝置。它們被用於基礎研究和應用研究,但也用於與基礎研究無關的領域,比如在醫學領域,它們被用於抗癌,對於今天的主題,這點描述就足夠了。

加速器有兩類:靜電加速器和電動加速器。我們要看的加速器是靜電加速器。

電視機是怎樣工作的

陰極射線管陰極射線管就是電視工作的主要原因,你在電視屏幕上看到一幅畫面。它由一個帶加熱陰極的真空封閉顯像管、一個放在陰極前面的聚焦線圈、一個陽極和偏轉線圈組成。其原理是,陰極帶負電荷,當電子被陽極吸引時,它們會從負極(陰極)移動到正極(陽極),由於玻璃管是真空的,電子可以自由地從電子槍飛到電子管表面。聚焦線圈也帶負電荷,它可以聚焦加速電子,水平偏轉線圈和垂直偏轉線圈可以吸引或偏轉電子,從而控制電子的運動軌跡。當一個電子擊中現象管的表面時,由於三種不同螢光粉(每種顏色一種),就會發出光來。

在電視裡在電視管中,控制電子運動的不是電場而是磁場,這使得我們可以製造更大的電子束流。通過改變線圈的電壓,磁場發生了變化,由於洛倫茲力的作用,可以使電子在屏幕上的任何一點上定位。例如:垂直線圈改變電子水平方向,水平線圈改變電子上下方向。三個不同的電子打到塗有化學螢光劑的真空管壁一個代表紅色,一個代表綠色,一個代表藍色,三元色彩就構成了我們看到的畫面。

老式電視存在的技術問題陰極射線管可以發出少量的x射線輻射,而舊的陰極射線管含有有毒物質,如磷化鎘。另一個令人擔憂的是,如果玻璃管受損,管子會爆裂發生危險。陰極射線管的信號還存在一個安全問題是:一個被稱為屏幕輻射竊密的過程,在這個過程中輻射的信號可能被捕獲。捕獲信號後,它可以重建顯示器上顯示的內容。

為什麼紙會粘在電視上

我們是否記得電視機看久了,用手屏幕,不管是觸覺還是聽覺,都能感覺到屏幕明顯帶有電荷,這是因為電子射向顯示器,使其內部充滿負電荷,在屏幕外面表現為正電荷。因此紙張也被極化,靜電吸引使紙張保持在屏幕上。

小型粒子加速器

從下面的方程中,我們可以看出,物體在電場中的動能等於陽極和陰極之間電壓的加速度:

具有質量m和電荷q的物體通過電場力得到加速。當通過陽極和陰極之間的電壓U時,它接收能量為qu。

運動能量W= 1/2 mv ^2=qU ( q是電子的電荷:16×10^-19C,m是質量:91×10 ^-31kg)

如果我們把運動能量的方程化為v,我們得到速度方程為:速度v= √ (2qU/m)。現在來看看我們的老式電視是不是不一樣了,這就是我們最早擁有的一臺粒子加速器。

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