Термоэлектронная эмиссия металлов
Электронной эмиссией называется процесс выхода электронов из твердых или жидких тел.
Термоэлектронная эмиссия — электронная эмиссия, обусловленная тепловым состоянием (температурой) тела, испускающего электроны.
На рис. 3-1 показана энергетическая диаграмма металла. Косой штриховкой обозначены уровни энергии валентных электронов, заполненные полностью при Т=0 К. Горизонтальной штриховкой — свободные при Т=0 К разрешенные энергетические уровни.
Кривая 1 показывает распределение электронов по энергиям в металле при некоторой температуре его, отличной от 0 К.
Кривая 2 изображает (схематически) потенциальный барьер на границе металл — вакуум, препятствующий выходу электронов. Здесь Wo — полная высота потенциального барьера, характеризующая потерю энергии электроном при выходе из металла; 
— уровень Ферми (уровень электрохимического потенциала); 
— работа выхода электрона (φ — работа выхода, выраженная в вольтах).
Термоэлектронная эмиссия чистых металлов описывается уравнением Ричардсона — Дешмана:
Здесь jэ — плотность тока термоэлектронной эмиссии, А/м2; Т — температура металла, К; А — постоянная для данного металла, А/(м2 К2); k — постоянная Больцмана; φ — работа выхода электронов, В.
Значения работы выхода φ и константы А для некоторых материалов приведены в табл. 3-1.
Рис. 3-1. Энергетическая диаграмма металла и потенциальный барьер на границе металл - вакуум.
1 — распределение электронов по энергиям в металле; 2 — потенциальный барьер без внешнего электрического поля; 3 — энергия, сообщаемая электронам внешним однородным электрическим полем; 4 — потенциальный барьер при наличии ускоряющего электрического поля.
| Таблица 3-1 Значения работы выхода и константы А для некоторых материалов | ||
|---|---|---|
| Материал |  |  |
| Cs Ва Th Та Мо W С Fe Ni Pt Hg | 1,89 2,29 3,41 4,12 4,27 4,54 4,39 4,36 4,84 5,29 4,52 | 1620000 600000 700000 600000 550000 750000 300000 260000 - 320000 - |
| Таблица 3-2 Постоянные для пленочных катодов | ||
|---|---|---|
| Тип катода | |  |
| Торий на вольфраме Торий на молибдене Торий на карбиде вольфрама Барий на вольфраме Цезий на вольфраме | 2,63 2,59 1,5 1,56 1,36 | 30000 15000 150 15000 32000 |
Наиболее распространенным катодом из чистого металла является вольфрамовый.
Внешнее ускоряющее электрическое поле у поверхности катода приводит к снижению потенциального барьера (см. рис. 3-1, кривая 4) и вследствие этого к увеличению тока термоэлектронной эмиссии.
Увеличение эмиссии описывается уравнением Шоттки:
где 
электрического поля, А/см2, jэ — плотность тока эмиссии в отсутствие внешнего поля, определяемая по уравнению Ричардсона — Дешмана; Т — температура катода, К; Ек — напряженность внешнего электрического поля у поверхности катода, В/м.
Образование на поверхности металла мономолекулярных пленок электроположительных по отношению к нему веществ сопровождается поляризацией атомов пленки или их ионизацией и вследствие этого возникновением ускоряющего электрического поля, снижающего работу выхода φ электронов из катода. Одновременно изменяется и постоянная А уравнения термоэлектронной эмиссии.
Наиболее распространенными в технике пленочными катодами являются катоды из торированных вольфрама и молибдена.
В табл. 3-2 приведены постоянные φ и А для некоторых пленочных катодов.
Электрические процессы в вакууме и газах
Термоэлектронная эмиссия металлов
Термоэлектронная эмиссия оксидного катода
Электростатическая электронная эмиссия
Фотоэлектронная эмиссия
Вторичная электронная эмиссия
Электронная эмиссия
Прохождение тока в вакууме
Столкновение электронов
Движение электронов
Виды электрического разряда
Темный разряд
Тлеющий разряд
Дуговой разряд
Газовая плазма
Коронный, искровой и высокочастотные разряды