3. Вторичная электронная эмиссия

Бомбардировка вещества потоком электронов вызывает испусканиевторичных электронов. Отношение числа выбитых и отраженных электроновк числу падающих электронов называется коэффициентом вторичнойэлектронной эмиссии и обозначается σ. Первичные электроны, бомбардирующие поверхность, теряют свою энергию по мере перемещения втвёрдом теле в соответствии с законом Виддингтона:

(1.25)

где Ex– энергия электрона, проникшего в глубь вещества на расстояние х;

– постоянная Виддингтона; E0 – начальная энергия электронов.

Энергия, передаваемая от первичных электронов к вторичным, расходуется последними на перемещение к поверхности твёрдого тела ипреодоление потенциального барьера на границе с вакуумом. Зависимостькоэффициента вторичной эмиссии σ от энергии первичных электроновизображена на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Типичная зависимость коэффициента вторичной эмиссии отэнергии первичных электронов

В реальных приборах ускоряющее напряжение подбирается таким, чтобы обеспечить максимальную величину коэффициента σ. Коэффициентвторичной эмиссии чистых металлов обычно не превышает 2, поэтому ихиспользование в качестве технических эмиттеров нецелесообразно.

Практическое применение находят сложные эмиттеры, для которыхкоэффициент σ достигает 20.

Широкое распространение в качестве материала вторичных эмиттеровполучили сплавы СuМgАl, АlВеSi. Эффективность такого эмиттераопределяется тонким слоем оксида щелочно-земельного металла (МgО, ВеО), создаваемого путём активировки в окислительной среде. Вторичная электронная эмиссия используется в фотоэлектронныхумножителях, во вторичных электронных умножителях (ВЭУ) и ряде другихприборов.

Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) – это электровакуумные приборы, в которых фототок усиливается посредством вторичной электроннойэмиссии. Схематичное изображение ФЭУ приведено на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Принципиальная схема фотоэлектронного умножителя:

ФК – фотокатод, Д1 – Д5 – диноды, А – анод

Основными элементами ФЭУ являются катодная камера, умножительная система (вторичный электронный умножитель), анод ибаллон. Электроны, эмитируемые фотокатодом, фокусируются и собираютсяна первом диноде ФЭУ. Каждый динод усиливает ток в σ раз. Есликоэффициенты усиления всех каскадов одинаковы, то общий коэффициентусиления ФЭУ равен

(1.26)

где n – число динодов (обычно от 7 до 14); g – эффективность сбораэлектронов каждым каскадом усиления (0,7–0,95).

Материал динода обычно имеет σ = 3–8, что позволяет достичь общегокоэффициента усиления от 103 до 108. При измерении малых световыхпотоков важным параметром ФЭУ является темновой ток, величинакоторого зависит от термоэлектронной эмиссии катода, утечек в приборе идругих факторов.

Простейшая система на распределенных динодах представляет собойтрубку, внутренняя поверхность которой имеет высокое электрическоесопротивление и выполнена из материала с большим коэффициентомвторичной эмиссии (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Схема распределенной системы вторичного усиления электронов

Фотоэлектроны выбивают из внутренней поверхности трубкивторичные электроны, которые ускоряются внешним полем и, попадая надругие участки трубки, выбивают новые электроны. Трубки с отношениемдлины к диаметру 50 100 при напряжении 2 2,5 кВ имеют коэффициентусиленияК= 104 106. Канальные системы не требуют внешнего делителянапряжения, имеют простую конструкцию и малые размеры.