электровакуум.приборы (1084498), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Распределение вторичных электронов ло энергиям при энергии пер. вичных электронов, равной 150 эВ, показано на рис. 2.8. Область 1 соответствует истинно вторичным электронам, начальные энергии которых распределены в диапазоне 0 — 50 эВ, Максимальное число вторичных электронов обладает энергией около 5 — 15 эВ. Значительное число электронов покидает эмиттер со скоростью, примерно равной скорости первичных электронов (область 7й), — это упругоотраженные первичные электроны. Электроны, покидающие эмиттер с энергиями 50— 150 эВ (область И), составляют группу неупругоотраженных первичных электронов.
Следует отметить, что прямой зависимости между коэффициентом и и работой выхода материала эмитгера нет. Основными процессами в явлении вторичной эмиссии являются процессы внутри объема эмиттера — образование и движение к поверхности вторичных электронов. Эти процессы зависят в основном от атомно-молекулярной структуры эмиттера и других факторов, указанных выше. 30 2.6. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ Электростатической (автоэлектронной) эмиссией называют эмиссию электронов, обусловленную наличием у поверхности тела сильного электрического поля (напряженность Ем 1Ое В/см).
Явление автоэлектронной эмиссии не может быль объяснено с помощью законов классической механики и электродинамики, базирующихся на представлении электрона в виде часпщы. Объяснение дает квантовая механика на основе изучения волновых свойств электрона. При сильном внешнем электрическом поле потенциальный барьер понижается и становится узким (рис. 2.9). При таких узких барьерах существует некоторая вероятность проникновения электронов туннельным способом — не над потенциальным барьером, а сквозь него. Согласно квантовомеханическим представлениям эта вероятность становится значительной, когда длина волны электрона становится соизмеримой с шириной потенциального барьера.
Плотность тока автоэлектронной эмиссии для металлов (Т = 0 К) выражается формулой Фаулера — Нордгейма: Уз, = А,Е ехр( — В,/Е), (2.6) где А э и В э — универсальные постоянные, куда входит работа выхода; Š— напряженность электрического поля. 1л"-эи Е Рис. 2тх К пояснению электростатической эмиссии 1 Е Рис. 2.10. Зависимость тока электростатической эмиссии от напряженности поля 31 Автоэлектронные катоды имеют, как правило, весьма малую эмиттирующую поверхность и обеспечивают при этом плотность тока эмиссии до 10а А/смэ. Как и для термоэлектронной эмиссии, уравнение (2.6) после преобразования запишем в логарифмической форме: 1л1Хэ,ь/Е 1 = 1н1.41! — В1/Е. Зависимость 1п! Уь,ь/Е! = 2) ПЕ1 на рис.
2.10 изображена прямой линией. Постоянная А, определяется отрезком ордннаты 1п)А11, а В1 — !п1А, 1/(1/Е) = ФЕ/1. Электростатическая эмиссия лежит в основе работы некоторых ионных приборов (экситронов, игнитронов и др.). В отдельных случаях эта эмиссия оказьвает вредное влияние на работу электровакуумных приборов и ее следует учитывать. Контрольные вопросы и задания 1. Как связана плотность тока термоэлектронной эмиссии с температурой и работой выхода? Какой из этих двух факторов являются определяющим? 2. Почему ускоряющее электрическое поле, приложенное между катодом и анодом электровакуумного прибора, увеличивает плотность тока термозлектронной эмиссии? 3.
Назовите основные законы фотоэлектронной эмиссии. 4. Что вы понимаете под длинноволновым порогом фотоэффекта? 5. От каких факторов зависит максимальная энергия вылетающих электронов из змиттера при внешнем фотоэффекте? б. Что вы понимаете под коэффипиентом вторичной электронной эмиссии? От каких факторов он зависит? 7. Сравните уравнения для плотности тока при термоэлектрониой и электростатической эмиссиях. Глава третья ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЕ КАТОДЫ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ 3.1. КЛАССИФИКАНИЯ ТЕРМОЗЛЕКТРОННЫХ КАТОДОВ В подавляющем большинстве электровакуумных приборов в качестве источника свободных электронов используются термоэлектронные катоды (термокатоды) .
Термокагоды принято классифицировать по способу нагрева и виду эмиттирующей поверхности. По способу нагрева катоды можно разделить на прямоканальные и подогревные (косвенного накала). В прямо- 32 канальных конструкциях нагрев катода осуществляется непосредственным пропусканием тока по телу катода, а в подогревных — при помощи подогревателя, расположенного в полости катодного керна и изолированного от него.
По виду эмнттирующей поверхности современные термокатоды условно делят на следующие группы: металлические (вольфрамовые, танталовые, молибденовые и т. д.); пленочные (торированный вольфрам, карбидированный торированный вольфрам); полупроводниковые (в основном оксидные катоды и их варианты); специальные типы эффективных катодов (металлопористые, прессованные, пропитанные или импрегнированные и подобные им катоды), При работе в электровакуумных приборах катоды должны обеспечивать следующие требования: эмиттировать необходимьй поток электронов в течение всего срока службы; быть устойчивыми к бомбардировке нейтральными и заряженными частицами; эмиссионный материал катода должен обладать достаточно высокой температурой плавления, допускающей его обработку при температурах выше рабочей во время откачки прибора в целях обезгаживання и очистки от поверхностных загрязнений; иметь необходимую электрическую проводимость, низкую скорость испарения, высокую механическую прочность.
3.2. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОКАТОДОВ Различные типы катодов сравнивают между собой по следующим параметрам: удельной эмиссии, удельной мощности накала, эффективности, рабочей температуре и долговечности. Удельная эмиссия (плотность тока эмиссии) У„А/смэ, — ток электронной эмиссии с 1 см поверхности катода. Удельная эмиссия зависит от температуры и работы выхода катода и определяется выражением (2.1) . У современных катодов удельная эмиссия составляет приблизительно 0 1 — 0 5 А/смэ.
Удельная мощность накала Є— мощность, Вт, затрачиваемая на 1 смт рабочей поверхности катода. Удельная мощность накала является характеристикой потребления энергии катодом. Для нагрева катода затрачивается мощность источника питания, зависящая от температуры, свойств материала и размеров катода. Если к катоду подвести определенную мощность, то температура его будет расти до тех пор, пока не установится равенство иодводимой и отдаваемой мощностей. Подводимая к катоду мощность накала расходуется на излучение энергии в окружающее пространство, эмиссию электронов, а также часть мощности теряется из.за теплопроводности держателей катода. 2-бзбз 33 Доля излучаемой мошности Р„, Вт/см', может быль определена в соответствии с уравнением Стефана — Больцмана; Р,, '= еоТ, где о = 5,67 10' а Вт/(см' Ке) — постоянная Стефана — Больцмана; е — коэффициент излучения, равный отношению излучательной способности данной поверхности к излучательной способности абсолютно черного тела.
Для абсолютно черного тела е = 1, а для всех реальных' тел е ( 1. Из формулы следует, что охлаждение катода будет тем меньше, чем меньше коэффициент излучения. Потеря мощности за счет эмиссии электронов и теплоотвода держателями катода (для катодов из длинных тонких проволок или лент) мала по сравнению с потребляемой катодом мощностью. Дпя массивных катодов потери мощности на теплоотвод держателями могут составить несколько десятков процентов. Дпя катодов, у которых можно пренебречь теплоотводом по сравнению с излучаемой мощностью, приближенно можно считать, что всю потребляемую энергию катод отдает в виде энергии излучения, т.
е. Рн Ри Эффективность катода Н, МА/Вт, — ток электронной эмиссии 7э на 1 Вт мощности, затраченной на разогрев катода: ~э/Рп. Эффективность является наиболее важным параметром катода, оценивающим его экономичность. Чем меньше мощность цепи накала, прн которой можно получить необходимый ток, тем выше эффективность. Эффективность катодов составляет приблизительно 2 — 120 МА/Вт. Рабочая температура Тр,п, К, — это температура, при которой достигается требуемая удельная эмиссия. Чем ниже рабочая температура катода, тем меньшую мощность нужно затрачивать на его нагрев и, следовательно, экономичность катода выше. Температура катода определяет также тепловой режим электродов прибора и баллона.
С этих точек зрения целесообразно применять в приборах катоды, дающие необходимую удельную эмиссию прн возможно более низкой рабочей температуре. В ряде случаев наряду со сравнительно ннзкотемпературнымн (Тр и = = 1000 ь 1100 К) применяют и высокотемпературные катоды (Трап = = 2400 ь 2600 К), более устойчивые к неблагоприятным воздействиям.
Долговечность катода — время непрерывной работы в часах прн нормальных условиях эксплуатации, в течение которого катод сохраняет свои основные параметры в пределах нормируемых. Долговечносп современных катодов составляет 500 — 10 000 ч. Эмиссионные свойства катодов характеризуются эмиссионной характеристикой, представляюшей собой зависимость тока эмиссии от 34 рпс. 3.1. Эмнсснонная Уэ ет"(Г|н) п накальная и Гн =/(Ун) характеристики катона |,0 г„кд 5 0 5 00 го температуры катода. Измерение температуры катода в готовых прибоРах сопряжено с определенными трудностями, 0 проще контролировать ток или напряже- 02 5 ние накала.
Поэтому в качестве эмиссионных характеристик использ)чот эависи- 0 мОсти 1э =/ ((7п) или тэ =/ (гп) (рис. 3.1). Кривые снимают при постоянном анодпом напряжении, обеспечивающем попадание всех эмиттируемых электронов на анод прибора. На рис. 3.1 представлена также накальная характеристика 1„= /(У„), снятая при анодном напряжении, равном нулю. Нелинейность накальной характеристики объясняется ростом сопротивления нити накала при ее разогреве.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
