Elektron emissiya

Elektronlar emissiyasini oshirish usullari va usullari. Elektron emissiya va uning turlari. "Elektron emissiya" nimani anglatadi?
Elektron qurilmalarda erkin elektronlar oqimini olish uchun maxsus metall yoki yarim o'tkazgich elektrod mavjud - katod.
Elektronlarning katoddan tashqariga chiqishi uchun nm ga tashqi tomondan qarama-qarshi kuchlarni yengish uchun etarli bo'lgan energiya haqida ma'lumot berish kerak. Elektronlarga qo'shimcha energiya berish usuliga qarab, elektron emissiyasining quyidagi turlari ajratiladi:

• 
  termion, bunda katodni isitish natijasida elektronlarga qo'shimcha energiya beriladi;
  
• 
  fotoelektronik, bunda elektromagnit nurlanish katod yuzasiga ta'sir qiladi;
  
• 
  ikkilamchi elektron, bu katodni yuqori tezlikda harakatlanadigan elektronlar yoki ionlar oqimi bilan bombardimon qilish natijasidir;
  
• 
  elektrostatik, bunda katod yuzasi yaqinidagi kuchli elektr maydoni uning chegaralaridan tashqarida elektronlarning qochishiga hissa qo'shadigan kuchlarni yaratadi.
  

Keling, sanab o'tilgan elektron emissiya turlarining har birini batafsil ko'rib chiqaylik.
Termo elektron emissiya. Termionik emissiya hodisasi 18-asrning oxirida ma'lum bo'lgan. Bu hodisaning bir qator sifat qonuniyatlari V. V. Petrov (1812), T. L. Edison (1889) va boshqalar tomonidan o'rnatildi.1930-yillarga kelib termion emissiyaning asosiy analitik bog'liqliklari aniqlandi.
Metall qizdirilganda o'tkazuvchanlik zonasida elektronlarning energiya taqsimoti o'zgaradi (1-rasm, egri 2). Elektronlar Fermi darajasidan yuqori energiya bilan paydo bo'ladi. Bunday elektronlar metalldan qochishi mumkin, natijada elektronlar chiqariladi. Termion emissiya oqimining kattaligi katod haroratiga, ish funktsiyasiga va sirt xususiyatlariga bog'liq (Richardson-Dashman tenglamasi):

qayerda Je- emissiya oqimining zichligi, A/sm²; VA- nurlanish yuzasining xususiyatlariga qarab va ko'pgina sof metallarga teng emissiya konstantasi - 40 ... 70 A / (sm² K² '); T- katodning mutlaq harorati; e- natural logarifmlar asosi (e = 2,718); epho metalldan elektronning ish funksiyasi, J; κ \u003d 1,38 10‾²³ J / K - Boltsman doimiysi.
Yuqoridagi termion emissiya tenglamasi metallar uchun amal qiladi. Nopok yarim o'tkazgichlar uchun biroz boshqacha bog'liqlik mavjud, ammo emissiya oqimi va harorat va ish funktsiyasi o'rtasidagi munosabatlar sifat jihatidan bir xil bo'lib qoladi. Tenglama shuni ko'rsatadiki, emissiya oqimining kattaligi eng katta darajada katodning haroratiga bog'liq. Biroq, haroratning oshishi bilan katod materialining bug'lanish tezligi keskin oshadi va uning ishlash muddati kamayadi. Shuning uchun katod qat'iy belgilangan ish harorati oralig'ida ishlashi kerak. pastki chegara harorat talab qilinadigan emissiyani olish imkoniyati bilan belgilanadi, yuqori esa emissiya materialining bug'lanishi yoki erishi bilan belgilanadi.
Emissiya oqimining qiymati katod yuzasi yaqinida ishlaydigan tashqi tezlashtiruvchi elektr maydonidan sezilarli darajada ta'sirlanadi. Bu hodisa Shottki effekti deb ataladi. Katoddan chiqib ketayotgan elektronda, tashqi borligida elektr maydoni ikkita kuch harakat qiladi - elektronni qaytaradigan elektr tortishish kuchi va elektronni katod yuzasidan yo'nalishda tezlashtiradigan tashqi maydon kuchi. Shunday qilib, tashqi tezlashtiruvchi maydon potentsial to'siqni kamaytiradi, buning natijasida katoddan elektronlarning ish funktsiyasi pasayadi va elektron emissiyasi ortadi.
Fotoelektron emissiya. Fotoelektron emissiyasi (yoki tashqi fotoelektr effekti) hodisasini birinchi marta 1887-yilda G.Gertz kuzatgan.Fotoelektron emissiyasi uchun miqdoriy bogʻlanishlarni oʻrnatish imkonini beruvchi eksperimental tadqiqotlar 1888-yilda A.G.Stoletov tomonidan amalga oshirilgan.Asosiy qonunlar. fotoeffektni A. Eynshteyn yorug'likning foton nazariyalari asosida tushuntirdi. Ushbu nazariyaga ko'ra, nurlanish energiyasi uzluksiz oqim shaklida emas, balki faqat ma'lum qismlarda (kvanta) uzatilishi va yutilishi mumkin va har bir kvant energiya miqdoriga ega. hv, bu yerda h - Plank doimiysi, va v nurlanish chastotasi hisoblanadi. Shunday qilib, elektromagnit nurlanish (ko'rinadigan va ko'rinmas yorug'lik, rentgen nurlari va boshqalar) fotonlar deb ataladigan individual energiya kvantlarining oqimidir. Fotokatod yuzasiga tushganda, foton energiyasi elektronlarga qo'shimcha energiya berishga sarflanadi. Bu energiya tufayli massaga ega bo'lgan elektron men, chiqish ishini bajaradi Voy va Eynshteyn tenglamasi bilan matematik ifodalangan Vo boshlang'ich tezligini oladi:

Agar ish funktsiyasi kvant energiyasidan kichik bo'lsa, elektron katoddan tashqariga chiqishi mumkin, chunki faqat shu sharoitda dastlabki tezlik Vo, va shuning uchun elektronning kinetik energiyasi:

Biz fotoelektr effektining asosiy xususiyatlarini ta'kidlaymiz:

• 
  Fotokatod yuzasi doimiy spektral tarkibli nurlanish oqimi bilan nurlantirilganda, fotoelektron emissiya oqimi oqimning intensivligiga proportsional bo'ladi (Stoletov qonuni):
  

qayerda Agar fototokning qiymati; F nurlanish oqimining kattaligi; Kimga fotokatod sirtining nurlanishga sezgirligini tavsiflovchi proportsionallik koeffitsienti.

• 
  Fotokatod chiqaradigan elektronlarning tezligi qanchalik katta bo'lsa, chastota shunchalik yuqori bo'ladi v so'rilgan nurlanish; fotoelektronlarning dastlabki kinetik energiyasi v chastotasining ortishi bilan chiziqli ravishda ortadi.
  
• 
  Fotoelektrik effekt faqat chastotali nurlanish oqimi bilan nurlanganda kuzatiladi V ≥ Vcr, bu erda Vcr kritik chastota bo'lib, fotoelektr effektining "qizil chegarasi" deb ataladi. Kritik to'lqin uzunligi:
  

, bu erda c - elektromagnit to'lqinlarning tarqalish tezligi. Da l > lk, fotoelektron emissiyasi yo'q.

• 
  Fotoelektr effekti amalda inersiyasizdir, ya'ni nurlanish boshlanishi va fotoelektronlarning paydo bo'lishi o'rtasida kechikish bo'lmaydi (kechikish vaqti 3 10∧-9 s dan oshmaydi).
  

Termionik emissiya holatida bo'lgani kabi, fotokatod yaqinidagi tashqi elektr maydonining kuchayishi ham katodning potentsial to'sig'ini pasaytirish orqali fotoelektron emissiyasini oshiradi. Bunday holda, fotoelektr effektining chegarasi uzoqroq to'lqin uzunliklari tomon siljiydi.
Qanaqasiga kamroq ish fotokatod ishlab chiqarilgan metallning chiqishi, bu fotokatod uchun chegara chastotasining qiymati qanchalik past bo'lsa. Masalan, fotokatod ko'rinadigan yorug'likka sezgir bo'lishi uchun uning materiali 3,1 eV dan kam ish funktsiyasiga ega bo'lishi kerak. Bu ish funktsiyasi ishqoriy va ishqoriy tuproq metallari (seziy, kaliy, natriy) uchun xosdir. Fotokatodning nurlanish oqimlarining boshqa diapazonlariga sezgirligini oshirish uchun yarimo'tkazgichli fotokatodlarning murakkabroq turlari (ishqoriy-vodorod, kislorod-seziy, surma-seziy va boshqalar) qo'llaniladi.