Электронная эмиссия под действием положительных ионов, метастабильных атомов и излучения разряда

Электронная эмиссия под действием положительных ионов характеризуется коэффициентом

где nе - число эмиттированных электронов; ni - число приходящих на катод ионов; Ie и Ii - электронный ток с катода и ионный ток на катод.

Физическая сущность процесса состоит в том, что положительный ион, приближаясь к поверхности металла, принимает электрон металла на уровень возбуждения (за счет просачивания электрона сквозь потенциальный барьер между металлом и ионом), а затем передает энергию возбуждения eUв другому электрону металла, обеспечивая его эмиссию.

Условием возможности такого механизма эмиссии является соотношение

где Ui - потенциал ионизации атома, ион которого производит вырывание электрона; j - работа выхода катода.

Чем сильнее это неравенство, тем большим оказывается коэффициент

При чистых металлических катодах величина кинетической энергии ионов не влияет на количество выбиваемых электронов вплоть до энергий, соответствующих 1000-1500 В. На рис. 3-14 приведены подтверждающие это кривые зависимости на вольфрамовом катоде от энергии ионов инертных газов. При энергиях ионов свыше 1500 В увеличивается за счет кинетического выбивания.

Рис. 3.14 Зависимость коэффициента вторичной эмиссии для вольфрамового катода от кинетической энергии Ei ионовинертных газов.

При наличии на поверхности металла пленки адсорбированного газа наблюдается уменьшение при уменьшении кинетической энергии ионов. Это объясняется, повидимому, тем, что пленка газа затрудняет приближение медленных ионов к поверхности металла и снижается вероятность просачивания электронов сквозь потенциальный барьер.

В условиях газового разряда на катод приходят и вызывают эмиссию электронов не только положительные ионы, но и метастабильные атомы и фотоны излучения разряда. В этом случае используется обобщенный коэффициент , учитывающий эмиссию электронов под действием этих трех видов частиц, в расчете на один приходящий на катод ион.

В газовой среде не все выбиваемые из катода электроны уходят в разрядное пространство из-за частичного отражения от молекул газа и возвращения на катод. Этот эффект тем сильнее, чем больше давление газа и меньше напряженность электрического поля у поверхности катода (чем меньше отношение Е/р). Вместе с тем при уменьшении Е/р возрастает число метастабильных атомов и фотонов, генерируемых в разряде в расчете на один ион, что ведет к увеличению обобщенного коэффициента . Совместное действие этих двух эффектов дает сложную зависимость от Е/р, показанную на рис. 3-15.