Источники электронов. Эмиттеры электронов с фиксированной границей.

Источники эл-овдел-ся на источники с фиксированной и с подвижной эмиссионной границей. Первые дел-ся на термоэмиторы и холодные катоды. К термоэмиторам относят металлич. (W.Mo. Ta), металлопористые и гексоборидлантановые. Холодные дел-сяна фотоэмиссионные, автоэмиссионные гексоборидлантановые, полупроводниковые, вторично-электронные, металлические автоэмиссионные. Источники с подвижной границей дел-ся на стационарные плазменные образования(плазмодуговые и тлеющий разряд) и нестационарные пилазменные образования(искровой разряд, взрыв проводников и воздействие лазера). Процесс выхода электронов с поверхности тел называются эмиссией, а тела, испаряющие электроны называют эмиторами. Основное распространение получили эмиторы из ТВ.веществ, главным образом накальные катоды.

23. Зависимость тока термоэлектронной эмиссии от температуры катода и ускоряющего напряжения:

Термоэлектро́ннаяэми́ссия — явление испускания электронов нагретыми телами. Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям (по энергии) некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла. С повышением температуры число электронов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растет, и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным.

. В простейшем случае катодом служит нить из тугоплавкого металла (например, вольфрама), накаливаемая электрическим током. Анод чаще всего имеет форму металлического цилиндра, окружающего катод. Если диод включить в цепь, то при накаливании катода и подаче на анод положительного напряжения (относительно катода) в анодной цепи диода возникает ток,Катод испускает отрицательные частицы — электроны.

Если поддерживать температуру накаленного катода постоянной и снять зависимость анодного тока от анодного напряжения — вольт-амперную характеристику, то оказывается, что она не является линейной, то есть для вакуумного диода закон Ома не выполняется. Зависимость термоэлектронного тока от анодного напряжения в области малых положительных значений описывается законом трех вторых (установлен русским физиком С. А. Богуславским (1883— 1923) и американским физиком И. Ленгмюром (1881 — 1957)): I = BU ^{3 / 2}, где В — коэффициент, зависящий от формы и размеров электродов, а также их взаимного расположения.

При увеличении анодного напряжения ток возрастает до некоторого максимального значения, называемого током насыщения. Это означает, что почти все электроны, покидающие катод, достигают анода, поэтому дальнейшее увеличение напряженности поля не может привести к увеличению термоэлектронного тока. Следовательно, плотность тока насыщения характеризует эмиссионную способность материала катода. Плотность тока насыщения определяется формулой Ричардсона — Дешмана, выведенной теоретически на основе квантовой статистики: j = CT ² e ^{− A / kT} , где А — работа выхода электронов из катода, Т — термодинамическая температура, С — постоянная, теоретически одинаковая для всех металлов (это не подтверждается экспериментом, что, по-видимому, объясняется поверхностными эффектами). Уменьшение работы выхода приводит к резкому увеличению плотности тока насыщения. Поэтому применяются оксидные катоды (например, никель, покрытый оксидом щелочноземельного металла), работа выхода которых равна 1 −1,5 эВ.

На явлении термоэлектронной эмиссии основана работа электронных ламп, а также электронно-лучевых трубок и других приборов, имеющих в своём составе электронную пушку. Также, явление термоэлектронной эмиссии используется в приборах, в которых необходимо получить поток электронов в вакууме, например в электронных лампах, рентгеновских трубках, электронных микроскопах и т. д. Электронные лампы широко применяются в электро- и радиотехнике, автоматике и телемеханике для выпрямления переменных токов, усиления электрических сигналов и переменных токов, генерирования электромагнитных колебаний и т. д. В зависимости от назначения в лампах используются дополнительные управляющие электроды.

24. Типовые конструкции и материалы для термокатодов: (Термокатод это эмиттер)

Под термоэлектронной эмиссией следует понимать процесс испускания электронов нагретыми телами, обычно в вакуум или газовую среду. Причем эмитируются только те электроны, энергия которых достаточна для того, чтобы преодолеть потенциальный барьер, имеющийся на границе раздела "твердое тело - внешняя среда". Т.е., чтобы покинуть металл-проводник (или полупроводник), электрон должен совершить некоторую работу А, называемую работой выхода. Обоснование этой работы состоит в следующем. Электроны, участвуя в тепловом движении, могут пересекать внешнюю поверхность эмиттера и удаляться от нее на расстояния порядка межатомных. Вблизи поверхности возникает электронное облако с отрицательным пространственным зарядом. При этом внутри металла образуется избыточный положительный заряд. В результате в приповерхностном слое "металл - вакуум" формируется двойной заряженный слой, в котором и создается электрическое поле, препятствующее свободному выходу электронов из эмиттера без энергетических затрат.

Как следует из самого наименования физического явления, необходимым условием термоэлектронной эмиссии является нагрев поверхности эмиттера. Число эмитируемых электронов в условиях термодинамического равновесия при температурах Т ~ 300 К - ничтожно мало, но оно экспоненциально увеличивается с ростом температуры. Практически значимая термоэмиссия с поверхности эмиттера (то есть приводящая к току эмиссии 1 - 100 А/см²) наблюдается при достаточно высоких ее температурах Т ~ 1500 - 2000 К и выше. В связи с этим в качестве материала твердого эмиттера обычно используют тугоплавкие металлы: вольфрам, рений, тантал и т. п. В то же время в ряде технических приложений используются жидкофазные эмиттеры, работающие со специально приготовленным расплавом металла.