Электронная эмиссия

В электронных лампах прохождение тока связано с перемещением электронов в вакууме, который является непроводящей средой.

Под вакуумом понимают такую высокую степень разрежения воздуха или газа, при которой движение электронов происходит без столкновения с молекулами газа.

Источником электронов в электронных лампах служит металлический электрод - катод, с поверхности которого электроны выходят в окружающую среду. В металлах вокруг атомов движутся электроны, слабо связанные с ними. При нормальной температуре и при отсутствии внешнего электрического поля выхода электронов из катода нет вследствие недостаточности: их кинетической энергии.

Некоторая часть электронов, обладающая наибольшей энергией, выходит за пределы металла и образует электронный слой вокруг катода, который вместе с расположенным на поверхности катода слоем положительных ионов (атомов, лишившихся электронов) образует некоторую разность потенциалов, называемую потенциальным барьером. Эта разность потенциалов препятствует выходу электронов за пределы проводника.

Для выхода электронов из катода необходимо им сообщить энергию, равную работе по преодолению тормозящего действия электрического поля или потенциального барьера. Эта энергия называется работой выхода, а ее отношение к заряду электрона - потенциалом выхода.

В зависимости от способа сообщения дополнительной энергии электронам для выхода из катода различают следующие виды эмиссии:

термоэлектронную,

вторичную,

под ударами тяжелых частиц,

автоэлектронную,

фотоэлектронную.

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

Вторичной электронной эмиссией называется 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 в результате столкновения вторичные электроны будут обладать энергией, большей работы выхода, то они выйдут за пределы проводника. Так как первичный электрон, обладающий значительной энергией, может отдать ее одному или нескольким электронам, то число вторичных электронов может быть больше первичных.

Электронной эмиссией под ударами тяжелых частиц называется явление выхода электронов под действием ударов ионов или возбужденных атомов (молекул) о поверхность проводника, т. е. этот вид эмиссии подобен вторичной электронной эмиссии.

Автоэлектронной эмиссией называется явление выхода электронов из катода под действием сильного электрического поля у его поверхности. Сила, действующая на электрон, находящийся в электрическом поле, пропорциональна заряду электрона и напряженности поля. Поэтому при достаточно большой напряженности электрического поля силы, действующие на электроны, становятся достаточными для преодоления потенциального барьера и выхода электронов из холодного катода.

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

Все электроны, вылетающие из катода в единицу времени, удаляются от него внешним электрическим полем 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 эмиттированных (вылетевших из катода) электронов.

Если же внешнего ускоряющего поля нет и эмиттированные электроны не удаляются от катода, то они скапливаются вокруг него, образуя объемный отрицательный заряд (электронное облако), который создает вблизи катода тормозящее электрическое поле, препятствующее дальнейшему выходу электронов из катода.