Термоэлектронная эмиссия

Лекция Эмиссия

Электронная эмиссия – это испускание электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости. Чтобы перейти из твёрдого тела в вакуум, т.е. эмитировать, электрон должен преодолеть потенциальный барьер, т.е. совершить работу выхода. Эмиссия присутствует всегда, поскольку всегда имеются электроны с энергией, превосходящей работу выхода. Однако в нормальных условиях их достаточно мало. Чтобы процесс эмиссии стал заметен и постоянен, необходимо:

1. наличие внешнего электрического поля для отвода электронов (рис. 1.1)
2. сообщение телу дополнительной энергии для повышения энергии электронов.

Рисунок 1.1. Общая схема электронной эмиссии

В зависимости от того, каким образом сообщать телу энергию, различают и различные механизмы эмиссии:

• термоэлектронная
• фотоэлектронная
• автоэлектронная
• вторичная электронная
• ион-электронная
• горячих электронов
• взрывная эмиссия

В электронике тела, используемые в качестве эмиттеров, называют катодами: термокатодами, фотокатодами, автокатодами.

Термоэлектронная эмиссия

Термоэлектронная эмиссия – это испускание электронов нагретой поверхностью. Эффект протекания тока в вакууме между отрицательным нагретым и положительным электродами был открыт в 1884 г. Эдисоном и объяснён в 1887 г. Томсоном. Ток эмиссии возрастает с температурой тела до определённого значения – тока насыщения.

В итоге, чем выше температура (в разумных пределах) и чем ниже работа выхода материала, тем выше ток насыщения и тем эффективнее катод. Для использования эмиссии в практических целях необходимо иметь в простейшем случает пару электродов: отрицательный катод и положительный относительно электрода анод для создания разности потенциалов и ускорения электронов.

Плотность тока термоэмиссии j₀ можно рассчитать по формуле Ричардсона-Дэшмана:

,

где A = 120 А^.см^-2К^-2 – константа Ричардсона;

T - температура эмиттера, К;

r – коэффициент отражения от потенциального барьера;

e – заряд электрона;

j – работа выхода электрона;

k – постоянная Больцмана;

E – напряженность электрического поля, В/м.

Для вольфрамового катода ej = 4,5 эВ при T = 2873 К, E =10⁵ В/м (ускоряющее напряжение равно U=25 кВ), A(1-r) = 60 А^.см^-2К^-2 плотность тока термоэмиссии составляет j₀=6,3 А/см².Для гекcаборид-лантанового катода расчетное значение j₀ для условий A(1–r) = 40 А^.см^-2К^-2, j = 2,6 эВ, T = 1873 К, U=25 кВ, E =10⁶ В/м равно 49 А/см².

Таблица 1.1. Параметры термокатодов