ऋण किरण नलिका

ऋण किरण नलिका :विद्युत् संकेत दृश्य स्वरूपात पाहण्यासाठी उपयोगी पडणारी ही एक विशेष प्रकारची इलेक्ट्रॉन नलिका आहे. तप्त ऋणाग्रावरून उत्सर्जित झालेले इलेक्ट्रॉन प्रवेगित करून संकेंद्रण (एकत्रित करण्याच्या) योजनेने त्यांना शलाकेचे रूप देण्यात येते. शलाका ठराविक अंतरावरील एका बिंदूत केंद्रित होते व ती विशेष प्रकारच्या (अनुस्फुरक) पडद्यावर आपटली म्हणजे अनुस्फुरणाने (एखाद्या विशिष्ट तरंगलांबीच्या किरणांचे शोषण करून जास्त तरंगलांबीच्या दृश्य प्रकाशाचे उत्सर्जन करण्याच्या गुणधर्मामुळे) पडद्याचा तो विशिष्ट भाग प्रकाशू लागतो. विद्युत् स्थितिक (स्थिर विद्युतीय) किंवा चुंबकीय क्षेत्रांनी इलेक्ट्रॉन शलाकेचे विचलन (कोनीय स्थानांतर) करता येते. या नलिकेतील शलाका इलेक्ट्रॉनांनी बनलेली असल्यामुळे तिचे वजन व निरूढी (जडत्व) उपेक्षणीय असते. म्हणून विद्युत् स्थितिक किंवा चुंबकीय क्षेत्रांच्या रेडिओ किंवा त्याहून उच्च कंप्रतेच्या (दर सेंकदास होणार्‍या कंपनसंख्येच्या) बदलाससुद्धा ही शलाकातात्काळ प्रतिसाद देते (रेडिओ कंप्रता म्हणजे १० किलोहर्ट्‍‌झ ते १,००,००० मेगॅहर्ट्‍‌झ, हर्ट्‍‌झ हे कंप्रतेचे एकक आहे). ऋण किरण दोलनदर्शक [दोलन गती दृश्य स्वरूपात दाखविणारे एक साधन ⟶ इलेक्ट्रॉनीय मापन], ⇨ रडार व ⇨ दूरचित्रवाणी या साधनांत ऋण किरण नलिका वापरतात.

रचना : ऋण किरण नलिकेचे आवेष्टन काचेचे असून तिचा आकार नरसाळ्याप्रमाणे निमुळता असतो. नलिकेचे लहान तोंड काचेच्याच लांब पोकळ दांड्याने हवाबंद केलेले असते व याच भागात नलिकेची विद्युत् अग्रे असतात. नलिकेच्या बंद असलेल्या रुंद तोंडावर आतील बाजूने विशिष्ट प्रकारच्या अनुस्फुरक पदार्थाचा लेप देऊन त्याचा अनुस्फुरक पडदा म्हणून उपयोग केलेला असतो. विद्युत् स्थितिक विचलनाचा उपयोग करणारी व चुंबकीय विचलनाचा उपयोग करणारी असे या नलिकांचे दोन प्रकार आहेत. पहिल्या प्रकारच्या सर्वसाधारणपणे उपयोगात असलेल्या नलिकेची रचना आ. १ मध्ये दाखविली आहे.

इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करून त्यांचे संकेद्रण करणार्‍या विद्युत् अंग्राच्या रचनेस इलेक्ट्रॉन बंदूक म्हणतात. आकृतीमध्ये १ चे ५ क्रमांकांच्या विद्युत् अग्रांनी मिळून इलेक्ट्रॉन बंदूक बनलेली आहे. इलेक्ट्रॉन उगम म्हणून अप्रत्यक्षरीत्या तापविलेल्या ऋणाग्राचा उपयोग केलेला असून ऋणाग्रावरच पण त्याला न टेकेल असा व मध्यभागी छिद्र असलेला एक दंडगोल समाक्ष म्हणजे एकाच अक्षाभोवती (नियंत्रक जालकाग्र, इलेक्ट्रॉन प्रवाह नियंत्रित करणारे जाळीसारखे विद्युत् अग्र) बसविलेला असतो. याला सामान्यपणे ऋणाग्राच्या सापेक्षतेने ऋण वर्चस् (विद्युत् स्थिती) दिलेले असते. या विद्युत् अग्राचे कार्य इलेक्ट्रॉन नलिकेतील जालकाग्राप्रमाणे इलेक्ट्रॉन शलाकेच्या तीव्रतेचे नियंत्रण करणे हे आहे. याच्यापुढे मध्यभागी छिद्र असलेल्या एक किंवा दोन चकत्या बसविलेले आणखी एक दंडगोलाकार विद्युत् अग्र असते. या विद्युत् अग्रावर उच्च किंवा मध्यम उच्च धन वर्चस् असते. याच्या साहाय्याने इलेक्ट्रॉन प्रवेगित केले जातात म्हणून त्याला प्रवेगक जालकाग्र म्हणतात. यानंतरच्या संकेंद्रण विद्युत् अग्राची अथवा पहिल्या धनाग्राची लांबी प्रवेगक जालकाग्रापेक्षा जास्त असून त्यावर ऋणाग्राच्या सापेक्षतेने धन वर्चस् असते. दुसरे धनाग्रही दंडगोलाकार असून त्यावरील धन वर्चस् काही वेळा प्रवेगक जालकाग्रापेक्षा जास्त असते किंवा प्रवेगक जालकाग्र व दुसरे धनाग्र एकमेकांशी विद्युतीयदृष्ट्या जोडलेली असतात. पहिल्या धनाग्रावरील वर्चस् दुसर्‍या धनाग्रापेक्षा कमी असते. दुसरे धनाग्र व अनुस्फुरक पडदा यांमधील आवेष्टनावर आतल्या बाजूने ॲक्वॅडॅग नावाच्या ग्रॅफाइटयुक्त पदार्थाच्या संवाहक लेप दिलेला असतो.दुसरे धनाग्र ॲक्वॅडॅगला विद्युतीयरीत्या जोडलेले असून ते भूसंपर्कित करतात (जमिनीस जोडतात).

काही नलिकांमध्ये प्रवेगक जालकाग्रानंतर एकच धनाग्र असते. या धनाग्रावर असणारे धन वर्चस् प्रवेगक जालकाग्रावरील वर्चसापेक्षा जास्त असते. वेगवर्धक विद्युत् अग्र व संकेंद्रण विद्युत् अग्र यांमध्ये जे असमान विद्युत् स्थितिक क्षेत्र निर्माण होते त्याने इलेक्ट्रॉन शलाकेचे संकेंद्रण होते. संकेंद्रणाचे प्रमाण बदलण्यासाठी प्रवेगक विद्युत् अग्रावरील वर्चस् बदलण्याची सोय असते.

विचलन पद्धती :इलेक्ट्रॉन शलाका विद्युत् स्थितिक किंवा चुंबकीय क्षेत्रांनी विचलित करता येते. उच्च कंप्रतेचे तरंगाकार पाहण्यासाठी चुंबकीय क्षेत्रापेक्षा विद्युत् स्थितिक क्षेत्र वापरणे अधिक चांगले असते. परंतु रडार किंवा दूरचित्रवाणीमध्ये दृश्य बिंदू अधिक तेजस्वी होण्यासाठी विद्युत् अग्रांवर उच्च वर्चसे दिलेली असतात. वेगवान इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षेत्रांनी सहज वळविता येत असल्यामुळे अशा नलिकांत विचलनासाठी चुंबकीय क्षेत्र वापरतात.

विद्युत् स्थितिक विचलनासाठी परस्परांना लंब असणार्‍या पट्टिकांच्या दोन जोड्या वापरतात. पट्टिकांची एक जोडी शलाकेच्या उद्रग्र (उभ्या) दिशेत व दुसरी जोडी तिच्या क्षैतिज (क्षितिज समांतर) दिशेत विचलन करते. या पट्टिका जोड्यांना अनुक्रमे उदग्र विचलन पट्टिका व क्षैतिज विचलन पट्टिका म्हणतात. विद्युत् स्थितिक क्षेत्रामुळे इलेक्ट्रॉन शलाकेचे होणारे विचलन y, खालील सूत्राने मिळते :

येथेL = पट्टिकांच्या मध्यापासून पडद्यापर्यंतचे अंतर, b = शलाकेच्या दिशेने मोजलेली विचलन पट्टिकांची परिणामी लांबी, a = पट्टिकांमधील अंतर, Ed = पट्टिकांमधील वर्चोभेद (वर्चसांमधील फरक) व Ea=शलाका विद्युत् दाब म्हणजे ऋणाग्र व शेवटचे धनाग्र यांतील वर्चोभेद.

इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षेत्रानेही विचलित होत असल्यामुळे ऋण किरण दोलनदर्शकामध्ये वापरलेल्या रोहित्राच्या (विद्युत् दाब बदलणार्‍या साधनाच्या) चुंबकीय क्षेत्राचा व पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राचा इलेक्ट्रॉन शलाकेवर परिणाम होतो. तो होऊ नये म्हणून नलिकेभोवती चुंबकीय त्रायक (बाह्य चुंबकीय क्षेत्रापासून बचाव करणारे आवरण) वापरतात व रोहित्र नलिकेपासून शक्य तेवढे दूर ठेवतात.

विद्युत् चुंबकीय ऋण किरण नलिकेची रचना आ. २ मध्ये दाखविली आहे. यातील ऋणाग्र,नियंत्रक जालकाग्र व पहिले धनाग्र पहिल्या नलिकेतल्याप्रमाणेच असतात. परंतु येथे संकेंद्रणासाठी व विचलनासाठी चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करणारी वेटोळी वापरलेली असतात. तसेच नलिकेच्या आतील पृष्ठभागावरील ॲक्वॅडॅगचा लेपच येथे दुसर्‍या धनाग्राचे काम करतो. काही नलिकांत या लेपाशिवाय प्रवेगक जालकाग्रही वापरलेले असते. संकेंद्रणासाठी वापरण्यात येणारे वेटोळे लोहगाभ्यावर गुंडाळलेले असून इलेक्ट्रॉन शलाकेच्या संकेंद्रणासाठी ते नलिकेच्या दांड्यावर कुठेही हलविता येते. वेटोळ्यातील विद्युत् प्रवाह बदलून संकेंद्रण हवे तसे सुधारता येते.

चुंबकीय क्षेत्रामुळे इलेक्ट्रॉन शलाकेची दिशा व क्षेत्राची दिशा या दोहोंच्या लंब दिशेत शलाकेचे विचलन होते. सर्वसामान्यपणे उदग्र विचलनासाठी एक व क्षैतिज विचलनासाठी एक अशा वेटोळ्यांच्या दोन जोड्या वापरतात. वेटोळ्यांच्या या जोड्या नलिकेच्या दांड्याभोवती फिरूही शकतात. Bगौस एवढे क्षेत्र, शलाकेवर/अंतरापर्यंत सतत परिणाम करीत असल्यास चुंबकीय विचलन खालील समीकरणावरून मिळते:

अनुस्फुरक पडदा : इलेक्ट्रॉन शलाकेचे दृश्य स्वरूपात रूपांतर व्हावे म्हणून हा पडदा वापरतात. यासाठी विशिष्ट प्रकारचा लेप वापरलेला असतो. या लेपाला संदीपक (अनुस्फुरण करणारा पदार्थ) म्हणतात. ऋण किरण नलिकेच्या उपयोगाप्रमाणे कमी अधिक काळ अनुस्फुरणारे संदीपक वापरतात. P -1प्रकारचा संदीपक हिरव्या रंगाचा प्रकाश देतो. याचा ऋण किरण दोलनदर्शकाच्या नलिकेत उपयोग करतात. P -7प्रकारच्या संदीपकाचा हिरवट पिवळा प्रकाश तुलनेने जास्त काळ राहतो म्हणून त्याचा रडारमध्ये वापरावयाच्या नलिकेत उपयोग करतात.

आयन-स्थानबद्धक : ऋण किरण नलिकेतील निर्वात उच्च प्रतीचा असला, तरी नलिकेत अल्प असा शेष वायू असतो. त्यापासून ऋण आयन (विद्युत् भारित अणू किंवा रेणू) तयार होतात व ते इलेक्ट्रॉन शलाकेत येतात. विद्युत् स्थितिक क्षेत्राने शलाकेबरोबर त्यांचेही विचलन होते, परंतु ऋण आयन जड असल्यामुळे चुंबकीय क्षेत्राने त्यांचे विचलन होत नाही व ते अनुस्फुरक पडद्यावर मध्यभागी वेगाने आपटत राहतात. यामुळे अनुस्फुरक पडद्याचा तेवढाच भाग खराब होतो. हे टाळण्यासाठी ऋण आयन इलेक्ट्रॉन शलाकेतून बाजूला काढणे इष्ट असते. यासाठी ‘आयन-स्थानबद्धक’ही योजना उपयोगात आणतात. नलिकेतील तिन्ही विद्युत् अग्रे आसाशी अल्प कोन करून बसविलेली असतात. त्यामुळे इलेक्ट्रॉन व आयन दोन्हीही धनाग्रावर आपटतात. इलेक्ट्रॉन पुन्हा क्षैतिज दिशेत आणण्यासाठी एक लहान चिर (कायम) चुंबक (आयन-स्थानबद्धक चुंबक) वापरतात. या चुंबकाच्या क्षेत्राने इलेक्ट्रॉन त्यांच्या मूळ क्षैतिज दिशेत वळविले जातात. आयनांचे अतिशय अल्प विचलन होते व ते धनाग्राकडून पकडले जातात.

अनुस्फुरक पडद्यावर इलेक्ट्रॉन शलाका वेगाने आपटत असल्यामुळे पडद्यावरील लेपातून द्वितीयक (पहिल्याच्या मार्‍यामुळे उत्पन्न झालेले दुसरे) इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित केले जातात. हे इलेक्ट्रॉन ॲक्वॅडॅग आकर्षून घेतो.

संदर्भ : 1. Orr, W. I. The Radio Handbook, Summerland, California, 1959.

2. Terman, F. E. Electronic and Radio Engineering, Tokyo, 1955.

शिरोडकर, सु. स.