облако действует внешнее ускоряющее поле, то электроны облака перемешаются от катода, т. е. появится ток Iэ, называемый током эмиссии.

Вторичной эмиссией называется явление выхода электронов из «холодного» металла под действием бомбардировки его первичными электронами. Первичные электроны, обладающие относительно большой скоростью, встречая на своем пути поверхность металла, тормозятся и отдают свою энергию его электронам (например, аноду электронной лампы).

Электроны анода, получив дополнительную энергию, выходят за его пределы, образуя ток вторичной эмиссии.

Карточка № 14.1 (315).

Электронная эмиссия

§14.3. Катоды электронных ламп

Катодом называют специальный электрод электровакуумного прибора, который является источником электронной эмиссии. Их различают по видам эмиссии. В данной главе рассмотрим термокатоды и будем их называть просто катодами.

В зависимости от способа подогрева различают катоды прямого и косвенного накала. Нагревание катодов прямого накала происходит за счет тока, проходящего по самому катоду (рис. 14.2), который обычно изготовляют из тугоплавких материалов (вольфрам, тантал). Несмотря на простоту конструкции, эти катоды имеют существенный недостаток: имея малую массу, они

обладают очень малой тепловой инерцией и поэтому их необходимо питать только постоянным током.

Катоды косвенного накала представляют собой полый цилиндр из тугоплавкого металла. Нагрев его осуществляют нитью накала (подогревателем), помещенной внутрь катода и изолированной от него (рис. 14.3). Эти катоды благодаря относительно большой массе имеют заметную тепловую инерцию и, следовательно, их можно питать переменным током.

Катоды, выполненные из чистого металла (простые), имеют малую экономичность Н,

которая определяется как отношение тока эмиссии в милиамперах к одному ватту накальной мощности Н=Iэ/Рн при высокой рабочей температуре. Например, у вольфрамовых катодов Н=2÷10мА/Вт при рабочей температуре порядка 2300—2600К.

Рис. 14.2. Устройство катодов прямого накала

Для увеличения экономичности и понижения рабочей температуры применяются активированные катоды. На поверхность таких катодов наносят слой активных металлов (например, бария). Активированный слой создает ускоряющее поле (рис. 14.4) и потенциал выхода уменьшается. Экономичность бариевых катодов Н=50÷150мА/Вт при рабочей температуре порядка 800—900К.

Наряду с бариевыми катодами широко применяют оксидные, в которых активный слой состоит из оксидов щелочно-земельных металлов: бария, стронция и кальция. Большим недостатком оксидных катодов является испарение с их поверхности активного слоя. При этом атомы активного слоя осаждаются на других электродах лампы, нарушая ее нормальную работу.

§14.4. Движение электронов в электрическом и магнитном полях

В электронных лампах для ускорения электронов и управления электронным потоком используют электрическое поле.

Рассмотрим движение электронов в однородном электрическом поле, действующем между двумя параллельными электродами (рис. 14.5). Допустим, что в начальный момент времени электрон массы mа с зарядом q0 находится у поверхности катода, а его начальная скорость v0=0. Под действием ускоряющей силы F= q0ξ электрон будет двигаться равноускоренно. Определим скорость, с которой электрон достигает анода, разгоняясь в поле с напряжением U, приложенным между анодом и катодом.

Работа, которую совершает поле, разгоняя электрон на участке пути d между электродами, A=Fd, но F=q0x. Так как электрическое поле в данном случае однородно, то x=U/d и, следовательно, A=q0U (отметим, что здесь работа выражается в электрон-вольтах; 1эВ= 1,6×10- 19Дж). Энергия электрического поля преобразуется в кинетическую энергию движущегося электрона W=m0v2/2.

Приравнивая выражения для А и W, получим q0U= m0v2/2, откуда скорость электрона

v = 2 q0 U

m0

Учитывая, что q0/m0»1,76×1011 Кл/кг, имеем

v = 600U

Таким образом, конечная скорость электрона определяется напряжением между анодом и катодом. Так, например, при анодном напряжении U=200В конечная скорость электрона при v0=0

достигнет v = 600200 » 845 км/с.

Найдем время пролета электрона между катодом и анодом. Так как d=vcpt (где vcp= (v0+v)/2=v/2) при d=5мм, то t=2d/v=2×5×10-6/845»l,2×10-8c.

Если электроны двигаются против поля, что может иметь место при явлении вторичной эмиссии, то их скорость постепенно уменьшается в результате его тормозящего действия. Если начальная энергия электрона W0 меньше, чем q0U, он потеряет скорость, не достигнув катода, и вернется на анод.

В случае неоднородного криволинейного электрического поля, что, например, имеет место между двумя цилиндрическими анодами в электронно-лучевой трубке (рис. 14.6), скорости электронов направлены по касательным к силовым линиям поля. Такое поле может быть использовано для фокусировки электронного потока. В некоторых электронных приборах, в том числе электронно-лучевых трубках, для управления электронами используется магнитное поле. Как было показано ранее, на электрон, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца, направление которой определяется по правилу левой руки. Поэтому, например, для отклонения электронного луча по горизонтали и вертикали в электронно-лучевых трубках нужно применять поперечное магнитное поле, которое изменяется по пилообразному закону.

Карточка № 14.3 (256).

Движение электронов в электрическом и магнитном полях