1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Итак, для выхода из веществаэл ек тр он долж ен соверш ить р а б от у выхода. Эту работу электронм ож ет соверш и ть, если он п ол учи т извне некоторую дополнитель­н у ю эн ерги ю .П р оц есс выхода эл ектр он ов из тела называют электроннойэм и сси ей . В зависимости от вида сообщ аемой телу дополнительнойэн ер ги и различают термоэлектронную, фотоэлектронную, вто­ри ч н ую электронную и электростатическую электронную эмиссию.Ч и с л о эл ектрон ов, п окидаю щ их тел о, их ск орость в вакуум е зави­ся т о т количества п олучен н ой энергии, а такж е от физическихсв о й с т в сам ого тела — катода.Термоэлектронная эм и сси я — это такой вид эмиссии, при кото­ром дополнительная эн ер ги я сообщ ается в результате нагревател а. Т ерм оэл ектрон н ая эм и сси я получила наиболее ш ирокоеприм енение в эл ектровакуум н ы х приборах.Н а ри с.

1-5 показана ф ун к ц и я распределения эл ек тр он овв металле по энергиям йЫ/йЕ в соответстви и с кван товой ста ти сти ­кой Ф ерми — Дирака. П ри Т — О К наивысшая эн ергия эл е к тр о ­нов в металле соответствует значен ию энергии Ф ерми Еф. П р и п о­вышении температуры тела наи бол ее быстрые эл ектрон ы за счеттепловой энергии могут п ерем еститься на более вы сокие св обод н ы еэнергетические уровни. Ф у н к ц и я распределения (1М/с1Е приТ > О К видоизменяется: вер оя т н ост ь замещения эн ер гети ч еск и хсостояни й, лежащих выше у р о в н я Еф, оказы вается отл и ч н ой отнуля.

П ри некоторой температуре полученная электронам и эн е р ги яоказы вается достаточной дл я соверш ен ия ими работы вы х о д а ,Рис. 1-5. Энергетический барьер у по­верхности металла и функция распре­делениядля металла.Рис. 1-6. Зависимостьтока эмиссии от тем­пературы.и электроны покидают металл, дви гаясь в вакууме с ки н ети ч еск оиэнергией, значение которой и зм ер я ется превышением их эн ер ги инад Е 0.Т ок с единицы п оверхности катода — плотность ток а т е р м о ­электронной эмиссии определяется формулой_Ео_1е = Л 0Т 2екТ(1- 1)гдеЛо = 4л ^ = 120 А /(см - К ),( 1- 2 )ш — масса электрона; е — зар яд эл ектр он а; к —Л ,38 •10"23 Д ж / К —п остояннаяБольцмана;к = С,63 •10' 34 Д ж - с — п о ст о я н н а яПланка.Экспериментальная п ровер ка (1-2) приводит к иным зн а чен и ямэтой постоянн ой: для разных вещ еств А 0 мож ет п ри ни м ать зна­чение от 10 до 300.Из (1-1) видно, что п л отн ость ток а эмиссии зависит о т р а б о т ывыхода и температуры.

Н а р и с. 1-6 показаны за ви си м ости т о к аэм и сси и 1е от температуры дл я д ву х катодов с одинаковой площа­д ь ю в (7е = ] е$), но с р азн ой р аботой выхода.Т ермоэлектронная эм и сси я — наиболее ш ироко используемыйви д эмиссии. Терм окатоды применяются во всех электронныхл ам п ах, а такж е в эл ектровакуум н ы х приборах сверхвы соки хч а сто т в электронно-лучевы х п ри бора х и во многих ионных прибо­рах.Э м иссия при внешнем электрическом поле. Мы рассмотрелиявл ен ие терм оэлектронной эм и ссии в предположении, что внеш­нее электрическое поле в в а к у у м е отсутствует. Однако в большин­ст в е электровакуум ны х п р и б о р о в катод находится вблизи другихэл ек тр од ов , потенциал к о т о р ы х в общем случае отличен от нуля.Рис.

1-7. Изменепие энергетического барьера у поверхности металлапри внешнем электрическом поле.о — при тормозящ ем поле; б — при ускоряющем поле.П о эт о м у электроны, п ок и д а я поверхность катода, попадают вовнеш нее электрическое п ол е. Энергетический барьер у поверх­н о ст и катода, а следовательно, и условия эмиссии электронов приэтом бу д у т иными.Н а р ис. 1-7, а п оказан о изменение энергетического барьерау п овер х н ости катода в п р и сутств и и внешнего торм озящ его элект­р и ч е ск о г о поля. С умм арная к р и ва я 3 получена в результате сл о­ж ен и я кр и вой 1 (эн ергети ческий барьер в отсутствие внешнегоп о л я ) и прям ой 2, оп редел яю щ ей изменение потенциала междук а то д ом и электродом А , п отенциал которого отрицателен (U a < 0).Э л ек тр он , обладающ ий эн ер ги ей Е ф, при удалении от катода нар а ссто я н и е х = га долж ен соверш и ть работу Е'0 = Е 0 + е \U&|.

Иначег о в о р я , он мож ет дости гн уть электрода А тол ько в том случае,е сл и получи т дополн ительн ую энергию Е'0 > Е 0.Е сл и электроду А сооб щ и ть положительный потенциал (U a > 0)энергетически й барьер приним ает вид, показанный на рис. 1-7, б.П р и этом высота барьера ум еньш ается по сравнению со случаемо т су т с т в и я поля на вел ичи ну А Е 0: Ец = Е 0 — А Е 0 (при х = х 0).С учетом влияния внеш него п ол я выражение для у д е л ь н о г отока термоэлектронной эмиссии м ож н о записать в виде [1]0.45 У%и ~ 1 еет,(1-3)где ) е определяется формулой ( 1- 1), а 8 — напряж енность вн еш ­него поля.У величение тока эмиссии в резул ьтате снижения эн е р ге т и ­ческого барьера под влиянием вн еш него ускоряю щ его п ол я н азы ­вается эффектом Шоттки.Электростатическая электронная эм и ссия.

Если в р а ссм о т р е н ­ном на рис. 1-7, б случае еще бол ее увеличить п олож ительн ы й п о­тенциал электрода А , то вы сота потенциального барьерабу д етуменьш аться, а сам барьер — су ж а т ь с я и приближ аться к к а т о д у .В результате при больших н ап ряж ен н остя х поля § ба р ь ер ст а ­нет настолько узким, что ск в озь потенциальный барьер возн и к н етзначительный ток эмиссии за счет тун нельного эффекта.

Э л ек тр он ыс п оверхности катода будут как бы выры ваться очень си л ьн ы мэлектрическим полем. Это явление называю т электростатическойэлектронной эмиссией. Вычисления показы ваю т, что эл е к тр о ста т и ­ческая эм иссия с поверхности м еталлов начинается Цри н а п р я ж е н ­ностях внеш него поля порядка § кр да 108 В /см . О днако э к с п е ­риментальные исследования этой величины приводят к м еньш имзначениям: § „ р да 10° В /см . У м еньш ение значения § Кр по ср а в н е ­нию с расчетным объясняется главны м образом ш е р о х о в а то ст ь юп оверхности катода.Электростатическая эмиссий л еж ит в основе работы л и ш ьнекоторых ионных приборов (р тутн ы й выпрямитель, и гн и тр они др .), однако влияние внеш него электрического поля п р и р а с­смотрении других видов эмиссии п ри ходи тся учитывать во м н о г и хэлектровакуумны х приборах.Вторичная электронная эм и сси я.

Вторичной электронной эм и с­сией называют эмиссию эл ектрон ов с поверхности тела п р и егобом бардировке электронами. Т ел о, подвергаемое бом ба р д и р овк е,называют вторично-электронным эмиттером, или миш енью. Ч а с т ьэлектронов, падающих на п овер х н ость мишени ( первичных элект ­ронов щ ), испытывает упругое отраж ени е, другая часть п р о н и к а е тв толщ у тела и рассеивает там св о ю энергию при взаи м одей стви ис кристаллической решеткой и эл ектрон ам и мишени. В р е зу л ь та теэтого взаимодействия первичный эл ектрон может либо п о л н о ст ь юрассеять св ою энергию и оста ться в теле, либо, затратив ч а стьэнергии, изменить направление движ ения и выйти из эт о го тел а.Последний случай соответствует н еуп р угом у отраж ению п е р в и ч ­ных электронов.

Энергия, рассеиваем ая первичным эл е к тр о н о мв теле, мож ет перейти в ки нетическую энергию внутренних эл е к ­тронов и вызвать их выход из тела мишени (собственно вт оричныеэлектроны).Таким образом, в резул ьтате бомбардировки мишени первич­ными электронами о б р а з у е т ся встречный поток вторичных элек­т р о н о в , содерж ащ ий у п р у г о и неупруго отраж енные электроны,а такж е собственно вторичны е электроны.

Относительное коли­чество этих трех видов электронов,а также общ ее число вторичныхэлектронов зависят от энергии пер­вичных электронов, физико-химиче­ск и х свойств мишени, чистоты ее по­верхности, угла падения первичныхэлектронов и др уги х факторов.Отношение общ его числа вторич­ных электронов п2 к числу первич­ных электронов пг называют коэффи­циентом вторичной эмиссий:0 = ^ .(1-4)Зависимость коэффициента вто­ричной эмиссии от энергии Е г пер­вичных электроновпоказананарис. 1-8.

При увеличении энергии Е 1число вторичных электронов увели­чивается и при некотором значенииЕ 1кр коэффициент вторичной эмиссиидостигает максимума. Значения £ 1Нри Смаке зависят от материала мишени.При дальнейшем увеличении Е гглубинапроникновения первичных<0электроновв мишень возрастает на­Рис. 1-8. Зависимость коэффи­стол ько, что вторичные электроны,циента вторичной эмиссии отэнергии первичных электронов.образовавш иеся на значительной глу­бине, на пути к п оверхности рассеи­а — для металлов; б — для п ол у ­проводников и диэлектриков.вают больш ую часть энергии и те­ряю т возмож ность покинутьми­ш ень.

Вследствие этих ж е причин уменьшается и число упругоотраж енны х электрон ов. Коэффициент вторичной эмиссии умень­ш ается.Д л я больш инства м еталлов и полупроводников значение сгмаксне намного п ревосходит единицу. Увеличение о'макс До несколькихединиц наблюдается у сл ож н ы х соединений, содерж ащ их веществас малой работой вы хода, например цезий.1-4. ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫЕ КАТОДЫПараметры терм оэлектронны х катодов. В больш инстве элект­р овакуум ны х п ри боров и сп ол ьзую тся термоэлектронные катоды,эм и сси я с п оверхности к о т о р ы х происходит в результате сообщенияим тепловой энергии. Эти катоды характер и зую тся сл едую щ и м иосновными параметрами.Плотность эмиссионного тока — величина тока эмиссии с о д ­ного квадратного сантиметра его п оверхн ости — оп редел я етсяформулой ( 1- 1)] е = А 0Т Ч ~ ^ .Величина / е, характеризую щ ая эм и ссион н ую сп о со б н о сть к а ­тода, зависит от его физических св о й ств (коэффициент А 0), тем п е­ратуры Т и работы выхода Е 0.Рабочая температура катода 3\,аб определяет наиболее эф ф ек­тивный режим работы катода.

Значение Т рае вы би рается изусловий энергетического баланса, учиты ваю щ его получение теп ­ловой энергии за счет подогрева катода, бом бардировк и егоэлектронами и ионами, а такж е р а сх од а энергии на и зл учен и е,нагрев держателей катода, испарение вещ ества, эмиссию э л е к т р о ­нов и т. д.Эффективность катода, м А /В т , характеризует отн ош ен и етока эмиссии к мощности, п одводим ой к катоду для его п о д о гр е в а :н= тп н- = 1р~н~и н*( 1_5)Здесь / н и и н — ток и напряж ение накала соотв етств ен н о,а 1е =— ток эмиссии.Экспериментальные исследования показали, что сообщ а ем а якатоду м ощ ность расходуется в осн овн ом (около 7 0 % ) на и з л у ч е ­ние и лишь незначительная часть — на эмиссию электрон ов.Долговечность или срок службы катода — параметр, им ею щ ийсущ ественное значение для оценки его эксплуатационны х к а ч еств .Наиболее употребительным критерием долговечности ка тода я в­ляется, относительное уменьшение его тока эмиссии.

О бы чно д о л ­говечность характеризуют некоторы м средним для данного типакатода временем, в течение к о т о р о г о т о к эмиссии ум еньш ается на2 0 % номинального значения.Причины выхода катода из ст р о я разнообразны и з а в и ся т оттипа катода и условий его эксп л уатаци и. Одна из наиболее в а ж ­ных причин — это распыление материала катода при его н а гр еве.Уменьшение эмиссии катода мож ет п рои зой ти такж е в р е зу л ь та теразруш ения активирующ его сл оя п ри бом бардировке его и он а м и ,образования на поверхности ок и сл ов и химических соеди н ен и й ,повышающих р аботу выхода, и т. д.К онструкция термоэлектронных к а тодов. П о к он стр ук ти вн ом упризнаку катоды можно разделить на две группы : катоды прям огонакала и подогревные.

Характеристики

Список файлов книги