1.8.6. Эмиссионные процессы на поверхности твердых тел

В катодной области, как предполагают, основными являются эмисси-онные процессы. Эмиссией электронов называется процесс испускание электронов поверхностью проводника. Металл может эмитировать только электроны проводимости (это электроны, которые принадле­жат всем атомам одновременно и могут свободно перемещаться внут­ри металла, чем и объясняются такие свойства металлов, как тепло- и электропроводность).

Поверхность любого металла в нормальном состоянии обладает отри-цательньм зарядом, который препятствует выходу электрона из него, по-этому на преодоление этого сопротивления электрон должен затратить оп-ределенную работу.

При выходе электрона из металла его поверхностный слой при­обре-тает положительный заряд, который притягивает электрон, мешая ему уда-литься. На преодоление этого сопротивления электрон также должен за-тратить некоторую работу.

Суммарная работа, затрачиваемая электроном при его выходе из ме-талла, называется работой выхода электрона и изме­ряется в электрон-вольтах (эВ). Работу выхода электрона можно выразить как произведение заряда электрона на некоторую разность потенциалов

(1.21)

Если заряд электрона принять за единичный, то работу выхо­да можно характеризовать потенциалом выхода , т. е. рабо­та выхода электрона численно равна потенциалу выхода. Наименьшими потенциалами выхода обладают щелочные металла, наличие которых в составе электродных по-крытий и флюсов улучша­ет условия эмиссии электронов, повышая устой-чивость дугового разряда. Сообщить электронам энергию, необходимую для их выхода с поверхности металла, можно различными путями, в связи с чем различают несколько видов эмиссии электронов, значение которых для возникновения и устойчивого существования дугового разряда неоди-наково. Рассмотрим причины и условия различных видов эмис­сии электро-нов и оценим их роль в развитии и существовании ус­тойчивого дугового разряда.

1.8.7. Термоэлектронная эмиссия

Термоэлектронная эмиссия может иметь место и при комнатной темпе-ратуре, но практическое значение она приобретает только при высоких температурах. При нагревании поверхности металла (эмиттера) энергия электронов возрастает пропорционально температуре. Энергия электронов при этом достигает уровней, достаточных для преодоления потенциаль-ного барьера, окружающего поверхность эмиттера, и они вылетают в окружающее пространство. Плотность термоэмиссионного тока можно оп-ределить по формуле Ричардсона —Дешмена

(1.22)

где А — константа, определяемая опытным путем; для чистых металлов А = (60 ... 200) А/см²град². Расчеты показывают, что одной термоэлектронной эмиссией обеспечить протекание дугового процесса нельзя, так как плот-ность токов дуги может измеряться тысячами А/см².

Термоэлектронная эмиссия может усиливаться, если у поверх­ности эмиттера создается внешнее электрическое поле с напряжен­ностью более В/см. Если направление этого поля совпадает с на­правлением движе-ния электронов, то оно уменьшает высоту потенцального барьера и соот-ветственно работу выхода. Подобная термоэлектронная эмиссия, усилен-ная действием электри­ческого поля, называется автотермоэлектронной эмиссией.