Ջերմաէլեկտրոնային էմիսիա

Ջերմաէլեկտրոնային էմիսիա, Ռիչարդսոնի էֆեկտ, էլեկտրոնների առաքումը պինդ մարմիններից (հազվադեպ՝ հեղուկներից) տաքացման (էլեկտրոնների ջերմային գրգռման) դեպքում։ Առաջինը հետազոտել է Օուեն Ռիչարդսոնը 1900-1901 թվականներին։ Այս երևույթը լայնորեն կիրառվում է էլեկտրավակուումային սարքերում, որտեղ որպես ազատ էլեկտրոնների աղբյուր հիմնականում օգտագործվում են մետաղական կամ մետաղակիսահաղորդչային նյութերից պատրաստված կաթոդներ։

Ռիչարդսոնի էֆեկտ

Մարմնի (էմիտերի) սահմաններից դուրս գալու համար էլեկտրոնները պետք է հաղթահարեն պոտենցիալ արգելքը։ Արգելքի հաղթահարման համար անհրաժեշտ էներգիա ունեցող էլեկտրոնների թիվն աճում է մարմնի ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, և ջերմաէլեկտրոնային էմիսիայի երևույթն ավելի ինտենսիվ է դաոնում։ Քվանտային տեսության համաձայն, էներգիայի բաշխումը մետաղի ներսի ազատ էլեկտրոնների միջև ունի վիճակագրական բնույթ և նկարագրվում է Ֆերմի-Դիրակի բաշխման ֆունկցիայով, որի հիման վրա կառուցված կորերը՝ էլեկտրոնների բաշխումը ըստ էներգետիկ մակարդակների, տարբեր ջերմաստիճանների դեպքում բերված են նկար 1-ում։ Գծագրում $dn$-ը մետաղի 1 սմ³-ում պարունակվող այն էլեկտրոնների թիվն է, որոնց էներգիան T բացարձակ ջերմաստիճանի դեպքում ընկած է W-ից մինչև W+dW տիրույթում, W_F-ը Ֆերմիի մակարդակն է՝ էլեկտրոնների ամենամեծ էներգիան T=0 դեպքում։ Մետաղի ջերմաստիճանը բարձրացնելիս W_F-ին հավասար և դրանից փոքր էներգիա ունեցող էլեկտրոնների թիվը պակասում է, միաժամանակ որոշ թվով էլեկտրոնների էներգիան աճում է՝ գերազանցելով W_F-ը։ Ընդ որում, որքան մեծ է էներգիան, այնքան քիչ թվով էլեկտրոններ ունեն այդպիսի էներգիա, և որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան ավելի մեծ քանակությամբ էլեկտրոնների էներգիան է սկսում աճել։ Ցածր ջերմաստիճաններում Էլեկտրոնային էմիսիա տեղի չի ունենում հիմնականում երկու պատճառով. նախ՝ մարմնի արտաքին մակերևույթի մոտ, դուրս եկած էլեկտրոնների վրա ազդում է իրենց ստեղծած էլեկտրոնային ամպի և մարմնի դրական լիցքավորված մակերևույթի միջև առաջացած կրկնակի էլեկտրական շերտի արգելակող դաշտը և, երկրորդ՝ մարմնի արտաքին մակերևույթին մոտեցած էլեկտրոնների և բյուրեղացանցի հանգույցներում գտնվող դրական իոնների միջև առաջանում է ձգողության ուժ, որը նույնպես խանգարում է էմիսիային։ Այդ ուժերը հաղթահարելու և մարմնի սահմաններից հեռանալու համար անհրաժեշտ է W₀ լրացուցիչ էներգիա (տես ելքի աշխատանք), այսինքն՝ էլեկտրոնի լրիվ էներգիան պետք է հավասար լինի

$W_{l}=W_{F}+W_{0}$,

որով և որոշվում է մարմնի տաքացման անհրաժեշտ ջերմաստիճանը։ Մարմնի ջերմաստիճանը T₂-ի հասցնելիս, զգալի թվով էլեկտրոններ ձեռք են բերում W_l-ից մեծ էներգիա, և այդ էլեկտրոններն էլ հենց ստեղծում են Էմիսիոն հոսանք։

E ≥ 10⁶-10⁷ Վ/սմ լարվածությամբ արտաքին էլեկտրական դաշտերում ջերմաէլեկտրոնային էմիսիային ավելանում է թունելային էմիսիան, և այն վերածվում է ջերմաավտոէլեկտրոնային էմիսիայի։

Ջերմաէլեկտրոնային էմիսիայի հոսանքի խտությունը (j_e) մետաղական կաթոդների համար որոշվում է Ռիչարդսոն-Դեշմանի բանաձևով.

$j_{e}=AT^{2}e^{\frac {W_{0}}{kT}}$,

որտեղ A-ն մետաղի տեսակից և քիմիական մաքրությունից կախված հաստատուն գործակից է, k-ն՝ Բոլցմանի հաստատունը։ Նկ. 2-ում բերված է վոլֆրամային կաթոդի (W₀=4,52 էՎ, A~60 ա/սմ²·աստ²) էմիսիոն տեսական բնութագիծը։

Տես նաև

• Ռիչարդսոնի բանաձև

Գրականություն

• Добрецов Л․ Н, Гомоюнова М. В., Эмиссионная электроника, М, 1966.
• Фоменко В․ С․, Эмиссионные свойства материалов, Киев, 1970․

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանի «Ջերմաէլեկտրոնային էմիսիա» հոդվածից (հ․ 9, էջ 491 )։