- •М инистерство образования российской федерации
- •Глава 1. Введение в электронную теорию твердого тела 5
- •Глава 2. Теория и практика эмиссионных процессов. 21
- •Глава 3. Электронно-вакуумные приборы с электростатическими полями 69
- •Глава 4. Теория и практика фокусировки и управления электронными пучками в электромагнитных полях 95
- •Глава 5. Электронно-лучевые приборы 133
- •Глава 6. Газоразрядная и плазменная электроника 158
- •Глава 1.
- •1.1.Энергия связи в твердом теле.
- •2.1. Металлическое состояние.
- •3.1. Состояние электрона в кристаллической решетке
- •4.1.Статистика электронов в кристаллической решетке металла.
- •5.1.Энергия Ферми.
- •6.1. Плотность электронных состояний.
- •7.1. Особенности зонной структуры ионных и ковалентных кристаллов.
- •8.1.Особенности положения уровня Ферми в полупроводниках.
- •Глава 2.
- •1.2. Работа выхода электрона из твердых тел.
- •2.2. Термоэлектронная эмиссия
- •1.3. Термоэлектронные катоды.
- •1.1.3. Металлические катоды.
- •2.1.3. Пленочные катоды
- •3.1.3. Оксидные катоды.
- •4.1.3. Способы нагрева катодов.
- •4.2. Закон Лэнгмюра-Богуславского.
- •4.2. Эффект Шоттки.
- •6.2. Автоэлектронная эмиссия.
- •6.2. Взрывная эмиссия.
- •8.2 Автоэмиссионные катоды.
- •7.2. Вторичная электронная эмиссия
- •8.2. Фотоэлектронная эмиссия.
- •10.2 Фотокатоды.
- •1.10.2. Фотокатоды для видимой области спектра.
- •2.10.2 Фотокатоды для ультрафиолетовой области.
- •3.10.2. Фотокатоды для инфракрасной области.
- •11.2 Аноды электронно-вакуумных приборов.
- •12.2 Управление электронным потоком
- •Глава 3.
- •1.3.Рентгеновские трубки.
- •Длина волны характеристических линий и потенциал возбуждения к-серии ряда элементов.
- •1.1.3 Области применения и конструктивные
- •2.1.3. Двухэлектродные трубки для просвечивания.
- •3.1.3. Импульсные рентгеновские трубки.
- •4.1.3. Трубки для диагностики биологических объектов.
- •5.1.3. Трубки для рентгенотерапии.
- •6.1.3. Рентгеновские трубки для радиационной химии
- •7.1.3. Рентгеноструктурный анализ.
- •8.1.3. Рентгеноспектральный анализ
- •9.1.3. Бескристальные спектрометры
- •2.3. Электронно-ионный микроскоп.
- •3.3. Фотоэлектронный умножитель.
- •Глава 4
- •1.4.Силы, действующие на заряженную частицу в электромагнитном поле. Уравнения движения.
- •2.4. Аналогия между движением заряженных частиц в электростатическом поле и распространением световых лучей в прозрачной среде.
- •3.4. Центрированные электронно-оптические системы.
- •4.4. Фокусировка электронных пучков в аксиально-симметричных
- •1.4.4. Катодная линза.
- •2.4.4. Электронные пушки.
- •3.4.4. Автоэмиссионные пушки.
- •4.4.4. Электронный прожектор.
- •5.4.4. Электростатические системы управления электронным лучом.
- •6.4.4. Анализатор скорости заряженных частиц.
- •7.4.4. Осциллографическая трубка.
- •5.4. Фокусировка и управление потоком заряженных частиц в постоянных магнитных полях.
- •1.5.4. Конструкции магнитных линз.
- •2.5. 4. Дефекты электронно-оптических линз.
- •3.5.4. Отклонение заряженных частиц магнитным полем.
- •Глава 5
- •1.5. Кинескопы.
- •2.5 Электронно-оптический преобразователь.
- •3.5. Электронные микроскопы.
- •1.3.5. Принцип работы электронных микроскопов.
- •2.3.5. Просвечивающие электронные микроскопы.
- •3.3.5. Рентгеновские микроанализаторы.
- •4.3.5. Растровые электронные микроскопы.
- •Глава 6.
- •1.6. Слабоионизированные газы.
- •2.6. Ионизация газа, находящегося в термодинамическом равновесии.
- •3.6. Диффузионный ток.
- •4.6. Проводимость
- •5.6. Ударная ионизация
- •6.6. Вольтамперная характеристики газового разряда.
- •1.6.6. Несамостоятельный газовый разряд.
- •2.6.6. Самостоятельный газовый разряд.
- •7.6. Газоразрядные приборы с холодным катодом
- •1.7.6. Дуговые разрядники.
- •2.7.6. Газоразрядные источники света.
- •3.7.6. Лампы тлеющего свечения (лтс).
- •4.7.6. Стабилитрон тлеющего разряда.
- •5.7.6. Многоэлектродные газоразрядные приборы тлеющего разряда.
- •6.7.6. Тиратрон тлеющего разряда.
- •7.7.6. Тиратроны дугового разряда.
- •8.6. Дисплеи с плазменной панелью.
- •1.8.6.Структура ячейки
1.3. Термоэлектронные катоды.
Основными параметрами термоэлектронных эмиттеров (катодов) являются:
1.Работа выхода электронов из материала катода-А, эВ.
2. Удельный ток эмиссии:
iэ=Iэ /Sк, [А/см2], (22.2)
где Iэ-ток эмиссии, S-излучающая поверхность катода.
3. Удельная мощность накала:
рн=Рн/Sк, [Вт/cм2], (23.2)
показывает мощность накала приходящуюся на 1 см2 излучающей поверхности катода,:
4. Рабочая (номинальная) температура: Тк, К.
5. Экономичность (эффективность) катода:
Н=Iэ/Pн=j/pн [мА/Вт], (24.2)
показывает, какой ток эмиссии можно получить от катода на каждый ватт мощности, затраченной на его разогрев,
6. Долговечность катода (Д) - время в (часах), в течение которого экономичность сохраняет значение до 80% от номинального значения при нормальных условиях эксплуатации.
Термоэлектронные катоды принято классифицировать: а) по материалу; б) состоянию микроструктуры эмитирующей поверхности; и в) способу нагрева в период эксплуатации.
По материалу термоэлектронные катоды разделяют на две подгруппы: 1) чисто металлические изготовленные из тугоплавких металлов; и 2) пленочные катоды, у которых на поверхность основного металла (керна) нанесен моноатомный слой электроположительного вещества. К данной подгруппе относят и оксидные (полупроводниковые) катоды. Но у таких катодов (в отличие от пленочных) на поверхность керна наносят не моноатомную пленку, а толстый слой полупроводникового эмиссионно-активного вещества.
1.1.3. Металлические катоды.
Наиболее распространенные среди металлических – это катоды из вольфрама. Вольфрам обладает высокой температурой плавления (≥ 3600 К) и достаточно хорошо поддается ковке и волочению. Из вольфрама изготавливают проволоки с диаметрами от сотых долей миллиметра до 2-3 мм. Его рабочая температура колеблется, в среднем, от 2400 до 2700 К. При более высокой температуре срок службы катода сокращается, так как происходит интенсивное испарение вольфрама. Однако благодаря высокой температуре вольфрамового катода на нем мало что сорбируется, а то, что сорбируется, и образует с вольфрамом соединения, например, кислород, в большинстве случаев испаряется. Поэтому вольфрамовый катод известен как наименее чувствительный к условиям эксплуатации.
Основной недостаток вольфрама – низкая технологичность. Его очень трудно обрабатывать резанием, он очень хрупкий, особенно после нагрева. Вольфрамовая проволока поликристаллична, что вызывает неравномерность эмиссии с различных участков её поверхности. Эмиссионный пучок электронов с поликристаллической проволоки достаточно трудно сфокусировать. Попытки получения монокристаллической проволоки проводились, однако не привели к положительным результатам. Поэтому в настоящее время вольфрамовые катоды применяются только в мощных генераторных лампах, работающих при высоких напряжениях на аноде (≥ 5 кВ), в рентгеновских трубках, электронных микроскопах, электронно-лучевых технологических установках.
Повышение технологических свойств вольфрама возможно за счет освоения новых методов его очистки от примесей (получение особо чистого вольфрама), либо за счет дополнительного введения примесей (легирование 5%, либо 20% рения – сплавы ВР-5 и ВР-20). По эмиссионным свойствам эти сплавы практически аналогичны вольфраму, но значительно технологичнее и имеют более высокое электросопротивление. Из других чистых тугоплавких металлов и сплавов на их основе применяют только тантал и рений. Технологичность рения также низка, как и вольфрама, однако, он лучше поддается точечной сварке. Применение тантала в основном связано с тем, что при изготовлении из него плоских катодов и тонких пластин меньше проблем, чем из вольфрама.