Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 12
Текст из файла (страница 12)
ст., то, подставив значение постоянной Больцмана 1 в предыдущее выражение, получим 1,32 10 '7 сК'р Используя числовые данные, находим значение l,для объема при комнатной температуре и 'юрмальном давлении: 1,32 10 '.300 (О 3 10 ) 5 1О ~ Энергия электрона и иона для иониэации ~2.,~ Как ", аьои минимальной кинетической энергией должны обладать электрон и ион для ионизации газа? расщепив р з ионизации газа сумма кинетических энергий сталкивающихся частиц изменяется за счет ет изменею1я внутренней энергии всех или некоторых из ннх. 2!зя получения условии ионизации атома электроном запишем уравнение сохранения зне г оргии, считая для простоты, что атом до столкновения неподвняген.
а электрон испытывает с ним лобовое столкновение. Часть 1, Вакуумная н плазменная электроника 'Тогда 1/2аг„гв„.= 1/2лг,,т,„ч- 1/2лгу~, ч- ЛЕ . (2,2.1) Здесь ЛŠ— энергия, переданная электроном атому и затраченная на увеличение его внутренней энергии. Ионизация может произойти, когда ЛЕ л 01;,. Согласно закону сохранения импульса лглй = гл,,~:ь + лг,яч, . (2.2.2) Из совместного решения (2.2.1) и (2.2.2) находим, что ЛЕ,„„„/Е;= „/(, + (2.23) где Е„.= 1/2л~,,т„. Из ус.ювия (2.23) при и,» лг,, видно, что на изменение внутренней энергии атома может быть израсхолована почти вся кинетическая энергия электрона, т.
к. ЛЕ„„„м Е„и ионизация имеет места при Ев > О~;, Г1ри столкновениях тяжелых одинаковых частиц ЛЕ„,„, = Е,)2 и, следовательно, для ионизации необходимо, чтобы Е, > 21('г'„ [2ДЗ. Градуировка ионизационного манометра Ионизационный манометр представляет собой плоскую триодную систему, которая схематически изображена на рис. 2.15. Расстояние между сеткой и катодом составляет 0,3 см, а между сеткой и коллектором — 1,0 см. Потенциал сетки ()я = 250 В, потенциал коллектора (1„=- -20 В Геометрическая прозрачность сетки составляет р = 0,8, Остаточный гвз — азот.
Определизь давление газа в лампе, если ионный ток на коллектор равен 5х10 ' Л. Электронный ток л,, эмитируемый катодом, равен 1О ' А. Рис. 2Л В. Схвма ионизвцнснного манометра Решение Число актов ионизации на элемеггте длины пути за единицу времени составит гтд = >7,ы, гзя, где гй =~„./Π— число электронов в потоке, й = ~бт ! й — число соударений, испытывае- мых электроном на пути ггх. ~, Физика и техника вакуума Вероятность ноннзации ж, для случая 01 > (Е аппрокснмируется функцией Г-((/-(/,)) и; =а (1/ — (г',) ехр~ где 1/, — потенциал ионизации, а и [( — константы, зависящие от рода газов. цайдем д1„— ток от ионов, возникающих на элементе пути ся за единицу времени г/х ег(, = Нег/и, = М(,,а ((/ — (,', ) е где ггг — среднее число колебаний, совершаемых электроном вокруг сетки. Ддя удобства интегрирования осуществляем замену переменной х на переменную (/ — б~, 1/е -(/„ Е= ,1(/ /((/ — (/,) Е Е ге = /гг "' ) — ' ехр[-((/ — (/,)/Яг/~ (арй'ег' ((/-1/,) [(/-1/,' 0 После подстановки пределов и значения Е получим значение ионного тока /е на коллектор У(,аД/гг1,е [ ( (/е — 1,' )1 (е/., [(/е — 1/„] ВеРоятность захвата электрона сеткой при одном пересечении им плоскости сетки составляет ориентировочно ( — г/.
При олнократном прохождении электронного потока сквозь спеку проходит ббеб всех электронов. а захватывается 20яь, 1 аким образолг, за первое колебание сквозь сетку пройдет гг„электронов, за второе - — ия д. за третье — ип,/2 и т.д. и„, — и, г/" Уммируя эту геометрическую прогрессию для ггг.= =о и разделив сумму па число электронов, получим, что один электрон совершает в среднем гг' прохождений сквозь сетку ч гге ( ( — д Та акая оценка была бы вполне верной, если бы геометрическую прозрачность сетки можно бы ыло отождествить с ее электрической прозрачностью.
Однако поскольку сетка притягиваег пролетающие элекгропы, в действительности гу будет несколько меньше вычисленной величины. Часть!. Вакуумная и плазменная электроника Вычислим значение р, взяв из условия задачи и таблиц следующие значения: !л = 5х10 А; Хс = 3,58х10; Ох — 1I„— 270 В; ?ч = 5; а '= 7,8х10; В = 160. Тогда 5 1О 3,58 10 270 р= = 1,12 10 мм рт. ст. ( 250-16! ! 5 7,8.10 10 160 10 . !60 — !250 — !6~-160)ехр — — 1! 160 Я Контрольные вопросы 1 Какие постулаты легли в основу физической теории вакуулза? 2, Что такое давление газа? 3, В каких единицах измеряется дашзение газа? Приведите соотношения между этими единицами. 4 Что такое распределение Максвелгш? 5.
Что такое средняя длина пробега частицы а газе? Как ее определил? 6, Как на основе критерия Кнудсена классифицируют степень разряжения газов? 7. Какие принципы лежат в основе методов получения вакуума". 8. Что такое абсо.пютпый манометр? Приведите примеры, 9. Каков принцип работы тепловых вакуумметров? 1О. Каков принцип работы электронно-нонизационных вакуумметров? 11. На каких принципах работают магнитные аакуумметры? Что такое ячейка Пеннинга? 12. Какие методы течеискапня вы знаете? 13.
Расскажите о мапометрическом мгполе течеискания Рекомендуемая литература Вакуумная техника: Справо пзик. Под ред. В. С. Фролова. В. Е. Минайчева. — Мл Машиностроение, !992, 2. Лешман С. Научные основы вакуумной техники. — Мз Мнр, 1963. 3. Левитский С. М Сборник задач и расчетов по физической электронике. — Издательства Киевского университета. 1964. 4. 7!иич П., Николайдес А. Залачн по физической электронике.
Под род. проф. Г. В. Скроцкого.— М.. Мнр, !975. 5. РозановЛ. Н. Вакуумная техника. -- Мз Высцзая школа„!990. 6. Швилкин Б. Н., Мискннова Н. А. Физическая электроника в задачах. — Мл Наука, 1987. 7. Шешин !! П. Осзювы вакуумной техники. — — Мэ МФТИ, 200!. 3. Вакуумная электроника Нпкуумнал элекврочлха- — это раздел электроники, включающий в себя исследования взаимодействия потока свободных электроноа с электрическими и магнитными полями а вакууме, а также методы создания электронных приборов и устройств, в которых это взаимодействие используется. З.1.
Модель прибора вакуумной электроники Приборы вакуумной электроники можно классифицировать в зависимости от физического принципа действия, назначения и технологии производства. В основу классификации может быть положена н предложенная модель приборов вакуумной злелтроники. Изучение приборов и устройств электроники целесообразно проводить с системных позиций. С этой целью введем модель прибора вакуумной электроники, в которой будем различать пять основных элементов: 1, 1!оситель информационного сигнача — ансамбль свободных электронов.
2. Генератор или эмитгер саободных электронов. 3. Контннуальная среда, которой служит вакуум для электровакуумнгых приборов, илн плазма для ионных приборов. 4. Устройство управления ансамблем электронов в континуальной среде (фнзические поля). 3. Детектор информационных сигналов или устройство отбора энергии от электронного потока. Иа Рис. 3.! приведена схематическая модель прибора вакуумной электроники. Г!Рн таком системном подходе необходимо исследовать ряд фундаментальных проблем, среди которых: свойства отдел~ного электрона н ансамбля свободных электронов; О свойства вакуумных континуальных сред, способы создания и измерения вакуума; Различные способы эмиссии свободных электронов, законы электронной эмиссии из твердого тела, формирование электронных потоков; С! Распространение электронных потоков в вакууме, способы управления электронными "отеками с помощью электрического, магнитного и скрепзенных электромагнитных полей, фокусировка электронных пучков, группированне электронов; ет детектирование информационных сигналов на основе взаимодействия потока электронов с мишенями из различных по физическим свойствам веществ, отбор энерпш из электронных потоков.
Часть!. Вакуумная и плазменная электроника Рис. 3Л. Модель прибора вакуумной электроники 3.2. Экектронная эмиссия Элекгггронная элшсгня — это явление испускания электронов поверхностью твердых тел в результате внешних физических воздействий. Потенциальная энергия электронов Цх) вне твердого тела н в отсутствии силовых полей принимается равной нулю (рис. 3.2). У движушегося вне тела электрона полная энергия Ея является величиной положительной.
Рис. Зав Энергетическая диаграмма состояний электронов иа границе "поверхност~ ~вердого тела — вакуум" Внутри тела электроны в невозбужденном состоянии ОТ 0) занимает низкие энергетические УРовни г.'„э В О. ЭлектРоны в этих сосгокнихх не могУт покинУть тело. Длк эмиссии 3, Вакуумная электроника 59 электронов необходимо возбудить электроны, другими словами, сообщить электронам дополнительную энергию ЛГ, значение которой должно быть таковьш, !тобы величина Ег -ь ЛЕ стала положительной. Тогда возможен переход электронов по стрелке ! Грие. 3.2). Этот тип эмиссии называется эмиссией с предварительным возбуждениелГ. Существуют различные методы возбужления электронов в твердолГ теле и, соответственно, типы электронной эмиссии: Г:3 термоэлектронная эмиссия; С) фотоэлектронная эмиссия; 0 вторичная электронная эмиссия; С) кинетическая ионно-электронная эмиссия; С) эмиссия горячих электронов; Д экзоэлектронная эмиссия. Возможна также эмиссия электронов без предварительного возбуждения электронов.
Это может быть достигнуто путем снижения потенциального барьера. Внешнее однородное электрическое поле Е способствует снижению этого барьера. На расстоянии х оз границы тела энергия убывает по закону 71(х) = [Го — еЕ.г, где Г)я — - потенциальная энергия на границе тела. При наличии силовых полей у поверхности твердого тела энергия электронов может быть отрицателыюй и принимать значения Ея — Ем <Ее Эти области разделены просгрансзвенно-потенциальным барьером Цх) > Екь Согласно законам квантовой механики возможен переход электронов из тела во внешнсе пространство путем туннельного эффекта по стрелке 2 (рис. 3.2).
Эмиссия электронов в этом случае не требует предварительного возбуждения. К этому типу эмиссии относится автоэлектронная эмиссия. Возможен и комбинированный тнп эмиссии, при котором действуют оба механизма. К этому типу эмиссии относятся: ь3 термоавтоэлектронная эмиссия; С) фотоавтоэмиссня; с3 потенциальная ионно-электронная эмиссия. Рассмотрим важнейшие типы электронной эмиссии. 3 2.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
