Emissione di elettroni da solidi (II): Applicazioni

Le applicazioni di emissioni di elettroni sono considerati nel testo seguente. Questa è la continuazione delle emissioni di elettroni da solidi (I): Storia e teoria.

Emissione termoionica costituisce la base di elementi di un circuito di tubi, tubi a raggi X, e termoioniche sistemi di conversione dell'energia. Nel 1904, John Ambrose Fleming inventò il tubo due elettrodi rettificazione (diodo), e nel 1907, Lee de Forest posta una griglia di corrente tra il catodo e l'anodo in un tubo emettitore termoionico, creando il triodo. Diodi e triodi sono gli elementi costitutivi di base di dispositivi basati su tubi elettronici. In un triodo, una corrente debole sulla griglia controlla la modulazione di un forte passaggio di corrente come un fascio di elettroni tra il catodo e l'anodo, l'intero sistema che agisce come un interruttore e amplificatore. In una radio tubo, per esempio, la modulazione di un segnale debole raccolto dall'antenna e propagata attraverso il controllo della griglia una corrente domestica forte che corre il suono effettivo apparecchi di produzione. Un tubo termoionico ha bisogno di riscaldarsi e richiede energia per il riscaldamento, questo fabbisogno energetico e le dimensioni relativamente grandi, il costo e la complessità di tubi termoionici ha portato alla loro sostituzione con transistor maggior parte delle applicazioni dopo il 1960.

I raggi X sono prodotte quando gli elettroni ad alta energia in un fascio di elettroni colpisce un bersaglio solido, ma sono stati scoperti casualmente da Wilhelm Conrad Rontgen durante gli esperimenti con tubi a raggi catodici. A X-Ray tubo del gas impiega elettroni emessi per creare ioni, che a sua volta si scontrano con l'obiettivo di produrre raggi. In un alto vuoto tubo a raggi X, elettroni prodotti da produrre emissione termoionica raggi X colpendo un anodo metallico. Differenze di potenziale che sono grandi abbastanza per dar luogo ad emissione diretta di campo non sono desiderabili in un apparecchio a raggi-X. Pertanto, una serie di acceleratori elettromagnetiche viene utilizzato in tubi a raggi X, produrre elevati raggi X di energia. I raggi X può anche essere un sottoprodotto indesiderato di qualsiasi apparecchio a fascio elettronico, come un dispositivo di saldatura, che si basa sulla decelerazione di elettroni ad alta energia.

Termoioniche conversione energetica prevede la creazione di un differenziale di temperatura sufficientemente elevata tra i terminali del circuito di composizione adatta per causare un flusso di corrente. È stato studiato come un metodo di conversione di energia nucleare e solare in energia elettrica senza parti quali turbine. In alternativa alla cella fotovoltaica basato semiconduttore, termoionici convertitori di energia non sono mai ottenuto un notevole successo commerciale.

Photoemission costituito la base per ionoscope VKZworykin e il suo successore, il orthocon immagine, che era la versione precedente della telecamera. L'immagine orthocon azionato da fuoco un'immagine su una lastra fotocatodo collocata parallelamente ad una griglia metallica caricato positivamente. Gli elettroni emessi dal fotocatodo interferiva sulla griglia, creando un'immagine elettrostatica amplificato dal photomultiplication ad una piastra di vetro immediatamente dietro la griglia. Un fascio di elettroni scansione della lastra di vetro. Variazioni nella carica piastra causato variazioni del segnale di fascio riflesso. Variazioni nel raggio di ritorno tradotto l'immagine in segnale elettronico. Telecamere moderne sono più semplici nel design e impiegano semiconduttori.

Photoemission anche costituito la base per il fotomoltiplicatore, un dispositivo utilizzato inizio nel 1930 'a rilevare radiazione elettromagnetica basso livello. In un tubo fotomoltiplicatore, luce che incide su elettroni producono un fotocatodo, che a loro volta producono elettroni secondari attraverso interazioni con una serie di dinodi ossidi metallici. Tubi fotomoltiplicatori sono in grado di rilevare una candela ad una distanza di 10 chilometri e di magnificare il segnale con molto meno aggiunto "rumore". Sono state utilizzate come contatori a scintillazione e come rivelatori di luce debole nella regione dello spettro visibile in astronomia. La sensibilità lunghezza d'onda di un tubo fotomoltiplicatore dipende sul substrato da cui è costruito il catodo.

Emissione di campo è il mezzo principale di generare fasci di elettroni per l'uso in riceventi per la televisione, terminali CRT e trasmissione e microscopi a scansione elettronica. E cannone elettronico basato su emissione di campo consiste di un catodo filo sottile che emette elettroni dalla sua punta ed un piano o anodo concava con un foro nel suo centro, attraverso il quale passa il fascio di elettroni. Un elettrodo di messa a fuoco tra il catodo e l'anodo regola gli elettroni irradiate in un fascio di diametro ridotto.

La scelta di un emettitore di un microscopio elettronico è più importante per un dispositivo CRT. Un microscopio elettronico richiede luminosità massima per ottenere ingrandimento adeguato e un emettitore precisa che emette uniformemente in tutte le direzioni in ordine per la lente elettronico per eseguire senza aberrazione. La stabilità di emettitori è di importanza per microscopia elettronica a garantire sia la durata dei componenti dello strumento e la riproducibilità dei risultati. La durata di emettitori è compromessa dalla avvelenamento dei centri di emettitore da sostanze estranee in un vuoto imperfetta e per evaporazione del materiale di catodo stesso. Tungsten e tungsteno ricoperto di cesio sono favoriti sostanze emettitore; di carbonio rivestiti in tungsteno, e lantanio e boruro di calcio hanno usato nei microscopi elettronici.

Emissione microscopia a campo e ioni microscopia a campo impiegano emissione di campo per studiare la struttura del emettitore direttamente. In microscopia emissione di campo, l'anodo incorpora uno schermo fosforo, che converte le variazioni del cono di radiazione in modelli visibili.

A causa del loro piccolo diametro, consigli emettitore di solito sono costituiti da un singolo cristallo. L'orientamento normale atomi all'interno del reticolo cristallino conduce a piccole variazioni della funzione di lavoro in corrispondenza della superficie del cristallo, che si traducono in macchie chiare e scure dell'immagine visibile. Difetti reticolari e le impurità anche diventare visibili. Il microscopio ione campo, che è capace di un livello notevolmente superiore di risoluzione, si basa anche su emissione di campo, ma produce un'immagine da un gas ionizzato vicino alla superficie di elettroni emessi piuttosto che dagli altri elettroni stessi. Il microscopio ion campo è solo il microscopio che permette agli scienziati di visualizzare singoli atomi direttamente. Il microscopio ione campo è utile per studiare relazioni spaziali sulla superficie di solidi metallici, ed è uno strumento prezioso per la progettazione emettitori più efficaci.

Riferimenti: -

1) Introduzione alla tecnologia a raggio di elettroni da Bakish, Robert A.

2) Photoemission in solidi di Cardona, Manuel, e Lothar Ley.

3) Elettronica Invenzioni 1745-1976 da Dummler GWA

4) agli ioni di microscopia in campo da Hren, John J. e Srinivasa Ranganathan

5) E molti siti web