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 -ը մետաղի 1 սմ3-ում պարունակվող այն էլեկտրոնների թիվն է, որոնց էներգիան T բացարձակ ջերմաստիճանի դեպքում ընկած է W-ից մինչև W+dW տիրույթում, WF-ը Ֆերմիի մակարդակն է՝ էլեկտրոնների ամենամեծ էներգիան T=0 դեպքում։ Մետաղի ջերմաստիճանը բարձրացնելիս WF-ին հավասար և դրանից փոքր էներգիա ունեցող էլեկտրոնների թիվը պակասում է, միաժամանակ որոշ թվով էլեկտրոնների էներգիան աճում է՝ գերազանցելով WF-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

 ,

որով և որոշվում է մարմնի տաքացման անհրաժեշտ ջերմաստիճանը։ Մարմնի ջերմաստիճանը T2-ի հասցնելիս, զգալի թվով էլեկտրոններ ձեռք են բերում Wl-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 (je) մետաղական կաթոդների համար որոշվում է Ռիչարդսոն-Դեշմանի բանաձևով.

,

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․

Էլեկտրոնային էմիսիա
Ատոմային ֆիզիկա
Էլեկտրականություն