8.1.1. Виды эмиссии

Различают четыре вида эмиссии электронов из материалов.

Термоэлектронная эмиссияосуществляется за счет нагрева катода. Плотность тока термоэлектронной эмиссии рассчитывается из выражения

А/см², (8.3)

где χ – работа выхода, эВ; k=8,6·10^-5эВ/K– постоянная Больцмана;А₀=10³…3·10⁴А/(м·К)²– константа Ричардсона;Т– абсолютная температура, К.

Для создания термоэлектронной эмиссии применяют термоэлектронные катоды (термокатоды). Основные параметры термокатодов следующие.

1. Т_раб=700…2000^оС – рабочая температура катода.

2. Р_н– мощность энергии, потребляемой катодом, Вт.

3. I_e– эмиссионный ток, мА.

4. =5…200 мА/Вт – эффективность катода.

5. Срок службы, час.

Классификация термокатодов осуществляется по двум признакам.

По способу нагрева термокатоды подразделяются на прямонакальные и подогревные.

Прямонакальные катодыизготавливаются из тонкой проволоки или ленты и подогреваются постоянным током.

Подогревные катоды– это катоды косвенного накала, которые содержат изолированную нить подогрева (подогреватель) и собственно катод, выполненный в виде металлического цилиндра с активированной внешней поверхностью. Могут подогреваться переменным током.

По используемым материалам различают две группы катодов.

Активированные металлические катодыпредставляют собой металлическую основу (керн), изготовленную из пористых тугоплавких металлов (вольфрама или молибдена). На поверхность керна нанесены материалы с небольшой работой выхода 2…3 эВ (барий, торий, стронций).

Характеристики активированных металлических катодов: эмиссионный ток I_e10⁵A/м²,Т_раб= 1500…1700^оС.

Оксидные полупроводниковые и металлополупроводниковые катодыпредставляют оксидыBaO,ThO,CaO,SrO, нанесенные на керн изWилиNi. Работа выхода электронов из таких катодов гораздо ниже и составляет величину около 1 эВ. Поэтому эффективность работы таких катодов гораздо выше и характеризуется следующими показателями: эмиссионный токI_e1,5·10⁶A/м², а рабочая температураТ_раб не превышает 1000^оС.

Фотоэлектронная эмиссия– это испускание электронов под действием сета, рентгеновского излучения. Для создания фотоэлектронной эмиссии применяют фотокатоды. Эффект фотоэлектронной эмиссии наблюдается, когда энергия падающих квантов электромагнитного излучения больше работы выхода электроновχиз материала катода:

hν>χ, (8.4)

где h=4,13·10^-15эВ·с – постоянная Планка;ν10¹⁴…10¹⁵Гц – частота электромагнитного излучения.

Пороговая энергия фотоэлектронной эмиссии определяется из выражения hν_кр=χ, гдеν_кр– пороговая частота фотоэлектронной эмиссии (известная, как красная граница фотоэффекта).

Вторичная электронная эмиссия– это эмиссия происходящая при бомбардировке поверхности тел потоком электронов или ионов. Характеристикой вторичной электронной эмиссии является коэффициент вторичной эмиссии σ, представляющий отношение количества испускаемых электроновn₂к количеству падающих на поверхность электроновn₁:

.

Электростатическая (автоэлектронная) эмиссия– это эмиссия, происходящая под действием сильного электрического поля Е, воздействующего на поверхность катода. Для этого вблизи катода, выполненного в форме острия, располагается второй электрод – анод, на который подается положительный потенциал, создающий напряженность поля вблизи поверхности катода около 10⁶В/см. При этом работа выхода электронов из катода резко снижается. В результате возникает ток эмиссии за счет туннельного перехода электронов с поверхности катода через узкий потенциальный барьер (см. ниже п. 8.1).