2.1.2. Виды электронной эмиссии

В зависимости от способа сообщения электронам дополни­тельной энергии для совершения работы выхода различают не­сколько видов электронной эмиссии: термоэлектронная, фото­электронная, автоэлектронная, вторичная. Электрод, испускаю­щий электроны, называют катодом.

Термоэлектронная эмиссия происходит за счет тепловой энер­гии, сообщаемой электроду при нагреве. Эмиссия происходит при такой температуре, когда дополнительная энергия, пере­даваемая электронам проводимости, равна или больше работы выхода. Электрод, испускающий электроны за счет нагрева, на­зывают термокатодом. Поток электронов, испускаемых катодом в единицу времени, создает ток электронной эмиссии. Ток термо­электронной эмиссии зависит от температуры нагрева катода. Термоэлектронная эмиссия используется в электронных лампах.

Фотоэлектронная эмиссия происходит за счет световой энер­гии. Она используется в фотоэлементах и фотоумножителях. Электрод, испускающий электроны под действием света, назы­вают фотокатодом.

Автоэлектронная эмиссия происходит только под действием внешнего электрического поля.

Вторичная электронная эмиссия обусловлена бомбардиров­кой поверхности вещества первичными электронами или ионами. Электроны, вылетающие при этом в вакуум, называют вторич­ными, а электрод, испускающий их, — динодом. Вторичная эмис­сия под ударами электронов используется в фотоумножителях, а под ударами ионов — в газоразрядных приборах.

3. Термокатод

Нагрев термокатода осуществляется электрическим током, поэтому температура катода зависит от напряжения или тока накала.

В зависимости от материала, из которого изготовлен катод, различают два типа катодов: из чистых металлов, например вольфрамовый, и полупроводниковые (с полупроводниковым ак­тивным слоем значительной толщины), например оксидные. Наи­большее распространение в электронных лампах получили оксид­ные катоды. Оксидный катод состоит из вольфрамового или никелевого керна, на который нанесен слой из смеси окислов бария, стронция и кальция с вкраплением атомов металличе­ского бария. Оксидный слой является полупроводником л-типа. Он имеет очень малую работу выхода, низкую рабочую темпе­ратуру (1000—1100 К) и дает большой ток эмиссии на каждый ватт мощности накала — до 60—100 мА/Вт. Для оксидного като­да важны высокая степень вакуума, чтобы оксидный слой не разрушался ионной бомбардировкой, и стабильный режим нака­ла; перекал и недокал приводят по разным причинам к разру­шению оксидного слоя и потере эмиссии катодом.

По конструкции термокатоды делят на катоды прямого и косвенного накала.

В катодах прямого накала ток проходит непосредственно по нити, испускающей электроны. Такой катод обладает малой тепловой инерцией и, следовательно, малым временем разогрева (1—2 с), а также требует небольшой мощности на накал. Однако накал нельзя питать переменным током, так как при этом из-за малой тепловой инерции пульсирует температура катода, а зна­чит, и ток эмиссии. Катод прямого накала изготовляют в виде тонких проволочных нитей из тугоплавкого металла, например вольфрама, молибдена.

В катодах косвенного накала поверхность, эмиттирующая электроны и являющаяся собственно катодом, изолирована от нити накала, называемой подогревателем. Конструкция катода косвенного накала представляет собой полый цилиндр из никеля, покрытый оксидным слоем, внутри которого вставлен подогре­ватель, покрытый изолирующим слоем. Катод косвенного накала имеет большую массу, требует большую мощность на накал, поэтому он дает меньший ток эмиссии на 1 Вт мощности накала, чем катод прямого накала, а время разогрева его больше — до 16—20 с. Преимущество этого катода — одинаковый потен­циал во всех его точках и большая тепловая инерция, что позволяет питать накал переменным током.