Фотоэмиссия

При поглощении квантов световой энергии могут появляться электроны большой энергии, что некоторые из них преодолевают потенциальный барьер и оказываются имитированными. Это явление называется внешней фотоэффект или фотоэмиссия.

Условия возникновения фотоэмиссии

,

где - работа выхода;

- энергия излучения.

; ;

;

,

- коэффициент отражения; для сварочной дуги (0…1).

В металле уровень Ферми при температуре 0К совпадает с верхним из заполненных электрических уровней. Поэтому

.

Вторичная эммиссия

(эмиссия в результате ударов иона по катоду)

Возникает в тех случаях, когда энергия, которой обладают положительные и отрицательные ионы и нейтральные атомы, находящиеся в столбе дуги и соударяющихся с катодом, оказывается достаточной для выбивания электронов.

Эмиссия сопровождается выделением энергии на катоде за счет кинетической и потенциальной энергии ионов, что приводит к увеличению скорости плавления катода.

Эмиссия считается возможной:

1. при потенциальном выравнивании электронов медленными ионами

,

для щелочных металлов вырывание щелоч. ионами электронов не возможно, но возможно для Ar, H, He, так как ;

2. при кинетическом вырывании путем нагрева в месте удара молекулы или иона.

Влияние неоднородности катодов. Пленочные и оксидные катоды

Поверхности катодов обычно покрыты пленками оксидов, шлака и т.д., которые сильно влияют на работу выхода и плотность тока. Некоторые покрытия (La, Th) улучшают эмиссионные свойства катодов, другие, отсорбируясь на поверхности катода (О₂) резко снижают эмиссионные свойства.

Увеличение эмиссии объясняется созданием у поверхности эмитора дипольного слоя, обращенного положительными зарядами наружу из атомов, легко теряющими валентные электроны. Положительный дипольный слой создает дополнительное поле потенциального барьера, который понижает его на величину . При абсорбции атомов, имеющих большое сродство к электрону и (О₂) дипольный слой может быть обращен минусом наружу.

В катодных стержнях для аргонодуговой сварки применяют торированный или ланторированный вольфрам. При сварке примесные элементы La или Th диффундируют изнутри на поверхность электрода, проходя между микрокристаллами W, так что на поверхности W образуются отдельные «островки» пленки. Затем пленка расползается по поверхности W, образуя одноатомный слой. Но излишек примесей La или Th может вызвать деполяризационный эффект и увеличение работы выхода. Поэтому La и Th менее 2%.

Оксидные или примесные пленки влияют на эмиссию элементов при ; в противном случае они испаряются и электрод становится чистым.

Для электроннолучевой сварки (ЭЛС) используют оксиды с покрытиями щелочноземельных элементов или неметаллические материалы ThO₂ или LaB₆ (лантоберит)

.

Эмиссионная пятнистость

Эмиссионные свойства поверхности всякого катода не одинаковы. На ней существуют участки с различной работой выхода катода, особенно при низких температурах. И практически весь эмиссионный ток течет через участки с наименьшей работой выхода. Это явление носит название эмиссионная пятнистность.

Например, работа выхода для различных граней кристалла W может различаться на 1эВ, а если W-Th≈2эВ.