Электронная эмиссия

     Электронная эмиссия. 

     В электронных лампах прохождение  тока связано с движением электронов в вакууме, который является непроводящей средой. Под вакуумом понимают такую  высокую степень разряжения воздуха  или газа, при которой движение электронов происходит без столкновения с молекулами газа. Источником электронов в электронных лампах является металлический электрод  - катод, с поверхности которого электроны входят в окружающую среду. В металлах вокруг атомов имеются электроны, слабо связанные с ними. При нормальной температуре и при отсутствии внешнего электрического поля выхода электронов из катода нет, потому что их кинетическая энергия недостаточна для этого. Некоторая часть электронов, обладающая наибольшей энергией выходит за пределы металла, образуя электронный слой вокруг катода. Этот слой вместе с расположенным на поверхности катода слоем положительных ионов (атомов, лишившихся электронов) образуют некоторую разность потенциалов, называемую потенциальным барьером. Эта разность потенциалов препятствует выходу электронов за пределы проводника.

     Для выхода электронов из катода им необходимо сообщить энергию, которая равна  работе по преодолению тормозящего  действия электрического поля и потенциального барьера. Эта энергия называется работой выхода W_а, а ее отношение к заряду электрона – потенциалом выхода ϕ_а=W_a/e. В зависимости от способа сообщения энергии существуют следующие виды эмиссии: термоэлектронная, вторичная, под ударами тяжелых частиц, автоэлектронная, фотоэлектронная.

     Термоэлектронной  эмиссией называют явление выхода электронов из катода при его нагревании. При повышении температуры металла скорость движения электронов и их кинетическая энергия увеличиваются,  возрастает число электронов, покидающих катод.

     Вторичной электронной эмиссией называют явление выхода вторичных электронов под действием ударов первичных электронов о поверхность тела. Летящие первичные электроны ударяются о поверхность проводника и проникают в его поверхностный слой, отдавая часть своей энергии вторичным электронам проводника. Если после столкновения вторичные электроны будут обладать энергией, большей работы выхода, то они выйдут за пределы проводника. Так как первичный электрон обладает значительной энергией и может отдавать ее одному или нескольким электронам, то число вторичных электронов может быть больше числа первичных.

     Электронной эмиссией под ударами  тяжелых частиц называют явление выхода электронов под действием ударов ионов или возбужденных атомов (молекул) о поверхность проводника, т.е. этот вид эмиссии похож на вторичную электронную эмиссию.

     Автоэлектронной эмиссией называют явление выхода электронов из катода под сильным воздействием электрического поля у его поверхности. Сила, действующая на электрон, находящийся в электрическом поле, пропорциональна заряду электрона и напряженности поля. Поэтому если будет достаточно большой напряженности электрического поля силы, влияющие на электроны, становятся достаточными для того, чтобы преодолеть потенциальный барьер и выйти из холодного катода.

     Фотоэлектронной эмиссией называется явление выхода электронов из катода под действием излучения, поглощаемого катодом, когда электроны катода получают дополнительную энергию для выхода частиц от света – фотонов. Лучистая энергия поглощается или испускается определенными порциями – квантами. Если энергия кванта больше энергии выхода, то электрон может покинуть катод. Явление выхода электронов из катода под действием световой энергии называется фотоэффектом.

     Все электроны, выходящие из катода в  единицу времени, удаляются от него под действием внешнего электрического поля и образуют электрический ток  эмиссии.  С повышением температуры  катода, увеличением энергии первичных  электронов или тяжелых частиц, напряженности  ускоряющего поля вблизи катода, светового  потока ток эмиссии растет, так  как увеличивается число эмитированных (вылетевших из катода) электронов. Если внешнего ускоряющего поля нет и  эмитированные электроны не удаляются  от катода, то они скапливаются вокруг него и образуют огромный отрицательный  заряд (электронное облако), который  создает вблизи катода тормозящее электрическое поле. Это электронное облако препятствует дальнейшему выхода электронов из катода.