Частные уроки по физике

Катоды электронных ламп
Катод является одной из основных - частей лампы и от его свойств прежде всего зависит работа всей лампы в целом. Поэтому необходимо знать, как действует катод в лампе, какими характеристиками и параметрами определяется его работа, а также, какие правила нужно соблюдать яри эксплуатации катода, чтобы обеспечить длительную в бесперебойную его работу в лампе.

Все современные электронные лампы используют термоэлектронную эмиссию, т. е. источником свободных электронов в них является накаленный катод. Настоящая глава посвящается поэтому рассмотрению конструкций, свойств и параметров термоэлектронных катодов.

Основные характеристики катода. Построив эту зависимость графически, можно выбрать требуемый режим работы катода. Но измерять непосредственно температуру накаленного катода в готовых лампах очень сложно, так как для этого нужно применять специальные оптические приборы, что в закрытых конструкциях с непрозрачными стенками и вовсе невозможно. Поэтому обычно определяется зависимость тока эмиссии от величины тока или напряжения накала, которые легко можно измерить при помощи обычных электроизмерительных, приборов.

Зависимость тока эмиссии от тока или напряжения накала, построенная в виде кривой на графике, называется эмиссионной характеристикой катода. На том же графике построена вторая характеристика катода накальная характеристика, которая представляет зависимость тока накала катода от напряжения накала: I =f(Uf).

Эта характеристика оказывается непрямолинейной, так как сопротивление накаленного катоде изменяется при изменении его температуры (при увеличении температуры сопротивление катода возрастает). Цепь накала состоит из последовательно включенных реостата Rf, при помощи которого изменяется напряжение накала (а следовательно, и температура катода), питаю-. щей батареи , и амперметра накала Af.

Если для эксплуатационного контроля накала применяется вольтметр, то он присоединяется непосредственно к выводам катода. Амперметр всегда нужно присоединять к отрицательному выводу катода, где ток накала и анодный ток складываются, чтобы не допустить перегрева катода за счет не учитываемого анодного тока.

Для правильного снятия эмиссионной характеристики следует приложить к аноду настолько большой положительный потенциал, чтобы быстро увлекать все вылетающие из катода электроны к аноду и не позволить хотя бы части их вернуться обратно на катод под влиянием отталкивания прежде вылетевшими электронами.

В последнем случае вместо истинного тока эмиссии будет измерен меньший ток. Параметры катода. Зная эмиссионную и накальную характеристики катода, - можно определить его параметры. Такими параметрами, по которым оценивают эмиссионные качества катода, являются: эффективность или экономичность катода, долговечность его и удельная эмиссия.

Удельная эмиссия определяется величиной эмиссионного тока с 1 cm2 поверхности катода при рабочей температуре. Отсюда видно, что величина удельной эмиссии зависит от температуры катода и от свойств материала, из которого он изготовлен (постоянная Ь0 зависит от работы выхода ср0).

Особенно наглядно показали это опыты русского ученого Столетова, который освещал интенсивным пучком света дисковую пластинку, измеряя чувствительным гальвано метром возникающий при этом ток. Цинковая пластинка приключалась к отрицательному полюсу батареи. В дальнейшем электрод, испускающий электроны катод), и электрод, их собирающий (анод), он поместил в запаянный стеклянный сосуд, из которого удален воздух.

Из уравнения видно также, что максимальная скорость вылетающих электронов для данного фотокатода зависит только от частоты падающего света, но не зависит от его интенсивности. Если световой поток Ф создается монохроматическим светом, то чувствительность катода называется монохроматической или спектральной, если же Ф есть поток белого Света, то чувствительность к белому (не разложенному в спектр) свету называется интегральной.

При этом спектральная чувствительность фотокатода падает с увеличением длины волны. На практике особенно часто наблюдается "селективный (избирательный) фотоэффект", когда зависимость чувствительности от длины волны представляет собой кривую с одним или несколькими максимумами, т. е. фотокатод оказывается особенно чувствительным к свету определенных длин волн.

"Селективный фотоэффект" оказывается особенно резко выраженным для тонких металлических пленок щелочных металлов, особым образом обработанных. Вторичная электронная эмиссия. При падении электронов на поверхность твердых тел наблюдается кроме падающего потока электронов также обратный электронный поток, выходящий из этой поверхности.

Это явление получило название вторичной электронной эмиссии, а электрод, из которого выходят вторичные электроны, называется эмиттером. Количество "выбитых" из поверхности эмиттера вторичных электронов может быть намного больше количества падающих на поверхность электронов. В результате ряда экспериментальных исследований было установлено, что:

Коэффициент вторичной эмиссии у всех веществ сильно зависит от скорости первичных электронов. Величина для чистых металлов сравнительно мала (порядка единицы). Если поверхность металла содержит адсорбированные вещества, то повышается до 2 3. Большего значения а удалось добиться для сложных поверхностей (например, кислородно-цезиевых) до 10, а в отдельных случаях и до 20.

Полученные результаты говорят о том, что вторичная эмиссия электронов происходит не на поверхности, а в толще тела, вблизи под поверхностью. Если его скорость г" мала, то падающий электрон не может сильно углубиться внутрь тела, и большинство вторичных электронов является отраженными первичными электронами. Далее, с ростом энергии первичные электроны проникают все глубже в толщу вещества. Здесь они, встречаясь с электронами этого вещества, передают им свою энергию.

Чем больше энергия е , тем глубже могут проникнуть первичные электроны и тем больше электронов тела получит от них достаточную для вылета энергию. Но выходящие электроны на пути к поверхности сталкиваются с другими электронами и атомами, и если они получили энергию слишком глубоко, то на большом пути к поверхности они теряют ее при столкновениях, а дойдя до поверхности уже не обладают достаточным запасом энергии для совершения работы выхода.

Это и наблюдается при дальнейшем увеличении скорости первичных электронов. Скорость их при этом настолько велика, что передача энергии электронам вещества происходит на такой большой глубине, откуда эти последние не могут вылететь наружу, и коэффициент вторичной эмиссии падает.

В металлах, обладающих большим количеством свободных электронов, вторичные электроны на пути к поверхности претерпевают очень много соударений, что понижает коэффициент вторичной эмиссии. Чем меньше работа выхода (например, при активировании катода), тем большее число приблизившихся к поверхности электронов выходит из нее, т. е. тем больше коэффициент вторичной эмиссии о.

Энергии большинства вылетевших вторичных электронов относительно малы (несколько электрон-вольт) при энергии первичных электронов меньше 1 kV. С увеличением е в общем потоке вторичных электронов возрастает относительное число их с малыми скоростями, так как при больших е возникновение вторичных электронов происходит в глубине вещества, выход откуда связан с большой потерей энергии.

Экспериментально обнаружено также, что о зависит от угла падения первичных электронов на поверхность тела, увеличиваясь при косом падении, а также от структуры и состояния эмиттера: при нерегулярной структуре эмиттера, как у сложных фотокатодов, электроны многократно рассеиваются на неоднородностях, не углубляясь сильно в эмиттер, и создают вторичные электроны близко к поверхности, вследствие чего сложные эмиттеры имеют значительные о до 10 12.

При очень сильном поле поток вылетающих электронов может стать весьма интенсивным и независимым от потока первичных электронов, так что даже после прекращения действия первичных электронов ток электронов из эмиттера продолжается. Явление это было открыто в 1936 г. Эффект этот практического применения пока не получил.


Спонсор публикации: