Phát xạ nhiệt điện tử là gì?
Là sự phát xạ của điện tử từ kim loại hay vật thể đƣợc đốt
nóng.
• Hiện tượng đầu tiên được quan sát năm 1873 bởi
Frederick Guthrie. Khi ông đang nghiên cứu các vật thể
mang điện tích , ông phát hiện ra rằng các quả cầu sắt
mang điện tích dương khi nung đỏ sẽ mất bớt điện
tích. Ông cũng tìm thấy hiện tượng tương tự đối với
các quả cầu mang điện tích âm
54 trang |
Chia sẻ: duongneo | Lượt xem: 1843 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Điện tử họa phát xạ - Phát xạ nhiệt điện tử, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG
PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ
HVTH : Phạm Văn Thịnh
MÔN : ĐIỆN TỬ HỌC PHÁT XẠ
2I. GIỚI THIỆU:
• Phát xạ nhiệt điện tử là gì?
Là sự phát xạ của điện tử từ kim loại hay vật thể đƣợc đốt
nóng.
• Hiện tượng đầu tiên được quan sát năm 1873 bởi
Frederick Guthrie. Khi ông đang nghiên cứu các vật thể
mang điện tích , ông phát hiện ra rằng các quả cầu sắt
mang điện tích dương khi nung đỏ sẽ mất bớt điện
tích. Ông cũng tìm thấy hiện tượng tương tự đối với
các quả cầu mang điện tích âm.
• Hiện tƣợng phát xạ nhiệt điện tử đƣợc dùng làm cathode
(Thƣờng là W tinh khiết) phát điện tử trong một số dụng
cụ điện tử.Loại cathode hiệu dụng hơn là cathode màng
mỏng, bán dẫn, cathode oxide
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 1. CƠ CHẾ PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ CỦA
KIM LOẠI
• 2. PT PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ CỦA KIM
LOẠI
• 3. SỰ PHÂN BỐ THEO VẬN TỐC CỦA NHIỆT
ĐIỆN TỬ
• 4. ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỆN TRƢỜNG LÊN
PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ CỦA KIM LOẠI
• 5. CATHODE MÀNG MỎNG - PHƢƠNG PHÁP
LÀM GIẢM CÔNG THOÁT
41. CƠ CHẾ PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ CỦA KIM
LOẠI:
• Kim loại không bị đốt nóng kim loại không phát xạ điện
tử
có lực cản tác động lên điện tử khi bay ra khỏi kim loại.
• Lực ảnh điện:
x >> hằng số mạng C
+ −
x x
Hình : Sự thành lập lực ảnh điện ở bề mặt
kim loại
(1)
4x
e
F
2
2
2
5Khi điện tử bay ra khỏi lớp
biên kim loại, nó bị kéo lại bởi
lực ảnh điện này (xảy ra cả ở
0oK) Trên biên kim loại
thành lập 2 lớp điện:
- Lớp biên của mạng.
- Lớp điện tử.
• Schottky:
– 1 tụ điện phẳng có
khoảng cách a
– Cƣờng độ trƣờng từ 0
đến a không đổi
• Langmuir:
– Dựa vào lý thuyết kim
loại cổ điển: bên trong
kim loại lực F=0
0 xc a
F
Fc
1
2
2
2
4a
e
2
2
4x
e
Hình : Sơ đồ biến đổi lực tác động lên điện
tử ở bề mặt kim loại.
1 – Theo Schottky
2 – Theo Langmuir
6(3)
2a
e
4a
e
4a
e
dx
4x
e
dx
4a
e
FdxW
2
2
2
2
2
a
2
2
0
2
2
0
0
• Schottky:
– Lực trong khoảng 2 lớp điện:
– Công thoát toàn phần của điện tử:
• Langmuir:
– Lực t/d lên điện tử ở giữa 2 lớp điện: F1 = Fc – k(x – c)
2 (4)
Thỏa: x = 0 thì F1=0
x = a thì
– Công điện tử cần thiết để vƣợt qua 2 lớp điện cũng là:
Công thoát toàn phần của điện tử:
(5)
2a
e
dx
4x
e
dx cxkFFdxW
2
a
2
2a
0
2
c
0
0
(2)
4a
e
F
2
2
1
2
2
1
4a
e
F
2
2
4a
e
7• Mặc dù W0 của 2 giả thiết trên bằng nhau nhƣng dạng hàng rào thế
năng khác nhau.
• W0 đƣợc tính bằng phƣơng pháp nhiễu xạ trên mạng tinh thể.
• Ở 0oK, ε << W0 Để phát xạ đƣợc cần cung cấp 1 năng lƣợng bổ
sung: Φ0 = W0 – ε ; Φ0: công thoát hiệu dụng của điện tử.
2
1
0 a x
W1
W2
W0
T
=
0
o
K
T
<
0
o
K
dW
dn
W
Hình 3.4: Hàng rào
thế năng trên bề
mặt kim loại
1 – Theo Schottky
2 – Theo Langmuir
82. PHƢƠNG TRÌNH PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ
CỦA KIM LOẠI:
• Số điện tử đập lên 1 đơn vị diện tích bề mặt kim loại trong 1s là:
d (vx,vy,vz) = vxdn(vx,vy,vz) (6)
với vx: thành phần vận tốc có hƣớng vuông góc với bề mặt kim loại.
• Điều kiện điện tử thoát ra khỏi kim loại:
• Từ phân bố thống kê Fermi Dirac của điện tử theo năng lƣợng, ta suy
ra phân bố của điện tử theo vận tốc:
• từ (6)
(7) W
2
mv
0
2
x
(8)
1e
dvdvdv
h
2m
v,v,vdn
kT
εW
zyx
3
3
zyx
(9)
1e
dvdvdv
v
h
2m
v,v,vdν
kT
εW
zyx
x3
3
zyx
9• Theo CHLT phải có hệ số truyền qua D:
– D=f(W) khó tính tích phân
– dễ tính tích phân hơn, ta đƣợc số điện tử thoát ra khỏi
kim loại:
• Mật độ dòng phát xạ:
•
• Hay
• dN(Wx): số điện tử có năng lƣợng trong khoảng (Wx, Wx+dWx) từ trong kim
loại đi đến 1 đơn vị diện tích bề mặt của nó trong 1s.
D
(10)
1e
dvdvdv
v
h
2m
Dν
1v - kT
εW
zyx
x3
3
e
(11)
1e
dvdvdv
v
h
2m
eDeνj
1v - kT
εW
zyx
x3
3
e
(12) dWe1lnkT
h
e m 4
Dj x
W
kT
εW
3
0
x
(13) )dN(WeDj
0W
x
10
• Theo các tính toán: và Wx ≥ W0 nên:
• Tính gần đúng:
•
Đây là PT PXNĐT đối với kim loại của Richardson
– (A.m-2độ-2) là hằng số
– Khác nhau đối với các kim loại khác nhau.
20
kT
εW0
1ee kT
εW
kT
εW 0x
(14) ...ee1ln kT
εW
kT
εW xx
(15)
h
mek4
Dj
0
2
0
2
3
2
kTkT
W
eTDAeT
x
3
2
0
h
k e m 4π
A
DAA 0
11
• Nhƣng công thức trên có sự sai lệch so với thực tế vì Φ0 phụ thuộc
vào nhiệt độ T:
– Mức năng lƣợng ε biến đổi theo nhiệt độ.
– Do biến đổi hằng số mạng tinh thể nên W0 biến đổi.
• Khai triển chuỗi Taylor cho hàm số Φ0(T):
• Thế vào (15) ta đƣợc:
• Đặt:
ψ = Φ0(T0) – αT0
•
(16) )Τ(Τ
dΤ
)(Τ) T ( 0
Τ
0
000
0
d
(17) .eeTDAj kT
αT)(T
k
α
2
0
000
k
α
01 eDAA
(18) eTAj kT
ψ
2
1
12
3. SỰ PHÂN BỐ THEO VẬN TỐC CỦA NHIỆT
ĐIỆN TỬ:
• Vì W ≥ W0 nên
• Từ những kết quả của phần trƣớc ta đƣa ra đƣợc số điện tử đi đến trên
1 đơn vị bề mặt kim loại trong 1s là:
Với
• Số điện tử đó thoát ra khỏi kim loại:
1e kT
εW
(19) dvdvdveCvdnvdυ zyx
2kT
vvvm
xx
2
z
2
y
2
x
kT
ε
3
3
e
h
2m
C
(20) dvdvdveDCv'd zyx
kT
vvvm
x
2
z
2
y
2
x
13
• Gọi ux, uy, uz là các thành phần của điện tử sau khi ra khỏi kim loại.
• Ta có: uy = vy; uz = vz;
uxdux = vxdvx
•
• Hàm phân bố theo vận tốc của nhiệt điện tử phát xạ:
0
2
x
2
x W
2
mv
2
mu
(21) dududueeuDCu,u,udυ zyx
2kT
uuum
kT
W
xzyx
2
z
2
y
2
x0
(22) dududueDLu,u,udn zyx
kT
uuum
zyx
2
z
2
y
2
x
kT
W0
CeL epxWD
14
4. ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỆN TRƢỜNG LÊN
PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ CỦA KIM LOẠI:
• Thí nghiệm: dòng phát xạ nhiệt điện tử j tăng khi tăng điện
trƣờng ở bề mặt catod.
• Công của điện tử để chống lại lực cản F2:
b: khoảng cách nào đó bên trong kim loại mà ở đó F2=0
• Khi có điện trƣờng ngoài E theo hƣớng gia tốc điện tử
điện tử bị kéo ra khỏi bề mặt với 1 lực:
F’ = qE = eE.
(23) (x)dxFA
b
20
15
• Lực cản tác động lên điện tử
ngoài kim loại là:
F(x) = F2(x) – eE (24)
x 0: cản điện tử
x = xk
x > xk : F(x)<0: gia tốc cho điện
tử
xeE xk-b
F(x)
F2(x)
F(x)
Hình 3.5:
0
16
• Công chống lại lực cản là:
• Ta có thể xác định:
• Vậy khi có điện trƣờng ngoài:
– Công của điện tử chống lại lực cản giảm 1 lƣợng:
– Công thoát hiệu dụng:
E
e
2
1
x k
(25) eEx
4x
e
A
Edx)()(F(x)dxA
k
k
2
0
0
22
x
b
k
b x
x
k
k
edxxFdxxF
(26) eEeAA 0
(27) eEeAA0ΔA
(28) eEeΔA 00E
17
• Mật độ dòng jE là:
Hay
• Từ (30): hay
• Nếu điện trƣờng E không bị ảnh hƣởng bởi điện tích không
gian => E đồng nhất và E = αVb
– α: hằng số phụ thuộc vào hình dáng và kích thƣớc của diode
– Vb: hiệu thế giữa anode và catode của diode
• Từ (32) =>
(29) eTDAj kT20E
E
(30) ejj kT
eEe
0E
(31)
kT
eEe
j
j
ln
0
E (32)
T
E
1,906
j
j
log
0
E
(33)
T
V
α1,906
j
j
log
b
0
E
18
T1
T2 > T1
T3 > T2
0
E
j
j
log
bV
Khi E > Ek , lý
thuyết trên không
trùng với thực
nghiệm.
Nếu Ek ≈ 3.10
6
V.cm-1: quá lớn
=> xuất hiện phát
xạ mới: phát xạ
tự động
19
5. CATHODE MÀNG MỎNG - PHƢƠNG PHÁP
LÀM GIẢM CÔNG THOÁT
• Từ công thức dòng phát xạ nhiệt điện tử j ta thấy chỉ cần
1 biến đổi nhỏ công thoát hiệu dụng ϕ0 có thể làm biến
đổi dòng j rất lớn.
• Ví dụ phủ một màng mỏng Cs, Ba, hay Th lên cathode W,
thì khả năng phát xạ điện tử sẽ tăng
-> Hiện tƣợng giảm công thoát của cathode màng mỏng đã
đƣợc Langmuir giải thích: Vật chất đƣợc hấp phụ nằm trên
bề mặt cathode dƣới dạng ion dƣơng hay một lớp nguyên
tử bị phân cực dipole. Hai lớp điện gần kề bề mặt cathode,
đƣợc thành lập bởi dipole điện hay bởi lớp ion sẽ gây nên
điện trƣờng gia tốc điện hay bởi lớp ion sẽ gây nên điện
trƣờng gia tốc, điện trƣờng này sẽ giảm hàng rào thế năng
ở bề mặt kim loại
Lực tác động lên điện tử trong lớp điện:
24 eneEF m
nm mật độ nguyên tử phân cực; σ :mật độ điện tích bề mặt
Làm giảm công thoát một lƣợng:
epnFd m40
d: Độ rộng của hai lớp điện
p = ed: moment lƣỡng cực (dipole) điện
Vậy để chuyển điện tử từ nguyên tử vào kim loại thì công
thoát hiệu dụng của kim loại phải lớn hơn năng lƣợng ion
hoá của nguyên tử cần phủ:
ieV0
4E
Cathode
ϕ0 (eV)
kim loại
cathode
ϕ0 (eV)
kim loại
màng
ϕ0 (eV)
Cathode
màng mỏng
W_Cs
W_Ba
W_Th
Mo_Th
Ta_Th
W_O
Ni_O
W_H
4,5
4,5
4,5
42
4,1
4,5
4,6
4,5
1,9
2,5
3,4
3,4
3,4
1,5
1,6
2,7
2,6
2,5
6,3
6,4
5,8
3
1,5
3
1,5
1,5
22docm
A
A
Bảng : Trị số công thoát hiệu dụng ϕ0 (eV)
Nguyên nhân làm giảm A:
1. Do phát xạ vết ở đây rất mạnh
2. Do biến đổi dạng hàng rào thế năng dƣới tác dụng của điện
trƣờng dipole
24
6. CATHODE OXIDE
Cathode oxide là lớp oxide kim loại kiềm thổ (BaO, SnO,
CaO) phủ lên mặt kim loại. Quá trình tạo một catod oxide
nhƣ sau :
• Nhúng cốt kim loại vào cacbonat kim loại kiềm thổ BaCO3
khi cathode khô lắp nó vào dụng cụ và tiếp tục hút khí.
• Phân huỷ cacbonat bằng cách nung nóng theo từng khoản
thời gian với nhiệt độ 15000K phản ứng này xảy ra nhƣ sau
:BaCO3 BaO + CO2
• Khí CO2 thoát ra sẽ đƣợc hút ra ngoài. Nhƣ thế cathode có
nhiều lỗ nhỏ và bề mặt gồ ghề. Lúc này cathode có thể xem
nhƣ một chất cách điện có độ rộng cùng cấm cỡ ≈ 3,8 eV
Các mức năng lƣợng của BaO
Tiếp đó chúng ta sẽ luyện cathode tới nhiệt độ 1300
13500K phản ứng sẽ xảy ra nhƣ sau :
BaO Ba++ + O-
Đặt vào Anod và Cathode một thế hiệu: V = 100 200V
Với thế hiệu V đó khi dòng đi qua BaO, một phần O- gần
bề mặt sẽ thoát ra khỏi chân không và còn lại trong mạng
oxide những lỗ trống. Những O- từ bên trong sẽ nhảy ra
những lỗ trống này và tiếp tục bị hút ra khỏi chân không, nhƣ
thế lỗ trống càng đi sâu vào trong mạng và xuất hiện những
nguyên tử tự do Ba. Đến một lúc nào đó Ba sẽ phân bố khắp
mạng oxide BaO và trên bề mặt của nó. Sau khi luyện xong
các nguyên tử tự do Ba đóng vai trò donor và thành lập bán
dẫn loại n.
Phƣơng trình mật độ dòng phát xạ nhiệt điện tử đối với bán dẫn
có dạng:
151
2 4
2 0
W
kTj A Dn T e
3 51 1
4 4 4 4
6
2 3 3
22 5
2
1,66.10
.
em k A
A
h cm đô
III. CATHODE PHÁT XẠ NHIỆT ĐIỆN TỬ
TRONG MỘT SỐ ỨNG DỤNG:
3. Kính hiển vi điện tử SEM
4. Quang hoả kế
5. Súng phân cực điện tử trong máy gia tốc
1. Bóng đèn
2. Màn hình CRT , Màn hình
TV, Màn hình máy hiện sóng
1. BÓNG ĐÈN
Hiệu ứng Edison:
Ngày 13-02-1880, Thomas
Edison là ngƣời đầu tiên quan sát đƣợc
sự bức xạ electron của một sợi dây tóc
bóng đèn đật trong chân không
Thí nghiệm đƣợc xây dựng gồm
một sợi dây tóc bóng đèn và một lá kim
loại. Khi lá kim loại đƣợc đƣợc nối điện
âm còn dây tóc nối điện dƣơng thì hoàn
toàn không có dòng electron phát ra,
nhƣng nếu nối lá kim loại mang điện
tích dƣơng thì xuất hiện dòng electron.
Ông cũng phát hiện ra rằng dòng phát xạ
tăng khi ông tăng hiệu điện thế. Và hiệu
ứng này đƣợc gọi là hiệu ứng Edison
BÓNG ĐÈN HUỲNH QUANG
32
Starter (“Con chuột”)
Cấu tạo gồm một cặp điện cực và một
tụ điện. Cặp điện cực đƣợc đặt trong một ống
thủy tinh bơm đầy khí neon. Cặp điện cực và
tụ điện đƣợc mắc song song với nhau, hai dây
nối đƣợc nối ra ngoài với hai nút kim loại. Cả
ống thủy tinh và tụ điện đều đƣợc đặt trong
một hộp nhựa hình trụ.
Hoạt động của Stater
Lúc đầu
chƣa có hiện
tƣợng phóng
điện trong
ống
Khi nhiệt độ
ở hai bản
cực nóng
lên, nó sẽ
giãn ra và
dính vào
nhau.
Khi hiện tƣợng
phóng điện
trong ống xảy
ra.
Wolfram có điểm nóng chảy cao nhất (3.422 C,
6.192 F), áp suất hơi thấp nhất, (ở nhiệt độ trên
1.650 C, 3.000 F) độ bền kéo lớn nhất, và hệ số giãn
nở nhiệt thấp nhất. Giãn nở vì nhiệt thấp và điểm nóng
chảy và độ bền cao của wolfram là do các liên kết cộng
hóa trị mạnh hình thành giữa các nguyên tử wolfram với
các electron lớp 5d. Có tính trơ về hoá học hay khả năng
chống ôxy hóa, axit, và kiềm
Súng electron
-
2. MÀN HÌNH TV, CRT
+
Chân không
Lớp phát quang
Từ trƣờng
Chùm electron
Súng điện tử gồm 1 heater và 1 cathode để
tạo e, 1 lƣới điều khiển để chỉnh độ sáng bởi sự
điều chỉnh dòng e và 2 anode. Heater là 1 sợi
dây đốt nóng nhƣ dây tóc bóng đèn bởi dòng
điện đi qua nó. Mục đích chính của anode 1 là
hội tụ e thành 1 chùm tia hẹp, anode 2 sẽ tăng
tốc chùm tia e này. Lƣới điều khiển hình trụ và
có 1 cái van ở cuối. Anode là 2 tấm hình trụ
chứa van với 1 lỗ nhỏ ở tâm.
Súng điện tử trong
màn hình CRT
Cathode súng điện tử trong màn hình CRT
thƣờng làm bằng kim loại Wonfram. Dạng dây tóc
đƣợc đặt trong chân không khi nóng lên sẽ phát ra
điện tử. Ở màn hình trắng đen chỉ có 1 súng điện tử
còn ở màn hình màu có 3 súng điện tử.
3. KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ SEM
Kính hiển vi điện
tử gồm có các bộ
phận sau:
- Nguồn phát điện
tử (súng phóng
điện tử).
- Hệ thấu kính từ.
- Hệ thống giữ
mẫu.
- Hệ thống thu
nhận ảnh
Súng điện tử của
SEM cấu tạo gồm có ba
phần: sợi đốt, hình trụ
Wehnelt, bản anode. Trong
đó, sợi đốt cũng có các loại
nhƣ W, LaB6 (Hexaboride
lantan). Hiện nay ngƣời ta
thƣờng sử dụng súng
phóng điện tử đƣợc tạo nên
bằng nung nóng đầu của
đơn tinh thể LaB6
Đơn tinh thể LaB6
Hệ thấu kính từ có tác dụng tập trung chùm
điện tử vừa đƣợc phát ra khỏi súng phóng điện tử
và điều kiển kích thƣớc cũng nhƣ độ hội tụ của
chùm tia
Thấu kính từ hoạt động dựa trên nguyên lý
lệch đƣờng đi của điện tử trong từ trƣờng dƣới
tác dụng của lực Lorentz
4. QUANG HOẢ KẾ
Xác định nhiệt độ cao (trên 1.000oC), dựa
trên việc đo cường độ ánh sáng do vật nóng
sáng bức xạ. Scan cường độ của hình ảnh từ
lò nung và cường độ của đèn chuẩn được
thực hiện bằng cách cài vào thiết bị này một
số nhíp kính màu tương ứng với nhiệt độ
nhất định. Ưu việt của máy đo ứng dụng QHK
là không cần tiếp xúc với vật đo nên thường
dùng để xác định nhiệt độ trong lò luyện kim
(có thể tới nhiệt độ > 3.000oC)
5. BÓNG X QUANG
• Là một bóng thủy tinh, bên trong là chân không (bóng
Coolidge). Có hai cực:
• Cực âm: (cathode) đƣợc cấu tạo bằng cuộn dây tungsten
đặt trong một thanh kim loại có hình chiếc tách đƣợc đốt
nóng lên bởi nguồn điện từ 6 – 10 vôn, có chức năng cơ
bản là tạo ra các hạt điện tử (electron), rồi tập trung lại
thành luồng hƣớng vào đích là cực dƣơng.
• Cực dƣơng: (anode) hay đối âm cực là thanh kim loại
rắn, có độ nóng chảy cao, có số nguyên tử Z lớn nhƣ
bạch kim (74), wolffram, tungsten - rhenium,
molybdenum, Rhodium nối với cực dƣơng của dòng điện
có hai chức năng cơ bản là chuyển năng lƣợng điện
thành bức xạ tia X và tải nhiệt.
• Nguyên lý phát ra tia X: Khi đốt nóng âm cực tạo ra các
điện tử , dƣới tác dụng của độ chênh điện thế cao ít nhất
là 40.000volt, các electron bị lực hút kéo về dƣơng cực
với vận tốc rất lớn. Khi các electron va chạm với cực
dƣơng tạo ra nhiệt năng (99%) và bức xạ tia X (< 1%).
• Lực gia tốc của các electron phụ thuộc vào hiệu số
điện thế của dòng điện đƣợc tính bằng KV và chất
lƣợng của chùm HĐT phụ thuộc vào cƣờng độ dòng
điện tính bằng mA.
• Bản chất của tia X: là một bức xạ điện từ, gồm các
sóng dao động theo chu kỳ hình sin, cùng nhóm với
các sóng vô tuyến điện, ánh sáng, các bức xạ ion hoá
nhƣ tia vũ trụ, tia Gamma, các bức xạ đồng vị. Trong
số phổ sóng điện từ này ta thấy ở cực cao là tại Hồng
ngoại 7200 A0, tiếp đến là ánh sáng trắng 3900 A0, ở
cực thấp là tia Vũ trụ, tia X bƣớc sóng từ 5A0 - 0,01
A0, A0 = 10-6cm, tia Gamma có bƣớc sóng từ 0,01 –
0,0001A0.
IV. NGUYÊN TẮC PHÁT CHÙM
ĐIỆN TỬ KHÔNG PHÂN KÌ
Hình dạng và thông số của súng điện tử tùy
thuộc vào từng lĩnh vực sử dụng. Tuy nhiên
cũng có một số yêu cầu sau:
1. Hệ thống điện tử phải tạo ra một hình ảnh
nhỏ nhất của chùm trên màng hứng
2. Cấu tạo của súng không quá phức tạp, dể sử
dụng và có tuổi thọ cao.
3. Vật liệu làm súng phải không nhả khí, không
từ tính và chịu đƣợc nhiệt độ cao.
I. SÖÏ TÖÔNG TÖÏ QUANG CÔ.
Giöõa caùc haït ñieän chuyeån ñoäng trong tröôøng löïc vaø
söï truyeàn aùnh saùng trong moâi tröôøng quang hoïc coù söï
töông töï saâu saéc. Söï töông töï naøy cho pheùp ta söû duïng
caùc quy luaät quang hoïc ñeå xaùc ñònh quyõ ñaïo chuyeån
ñoäng cuûa electron trong ñieän tröôøng.
Nguyeân lí Fermat:
Vôùi: v- toác ñoä lan truyeàn cuûa aùnh saùng trong moâi tröôøng coù
chieát suaát n.
n = c/v ; c- toác ñoä aùnh saùng trong chaân khoâng.
B
A
nds
B
A
dt
B
A
ds
v
= = = 0 (1)
Töø nguyeân lí Fermat ruùt ra 3 ñieàu kieän cô baûn trong quang
hoïc:
- Ñònh luaät truyeàn thaúng: Trong moâi tröôøng ñoàng nhaát vaø
ñaúng höôùng ( chieát suaát ñoàng ñeàu), aùnh saùng truyeàn theo
ñöôøng thaúng.
- Ñònh luaät phaûn xaï: Khi tia saùng phaûn xaï treân maët phaân
caùch giöõa hai moâi tröôøng thì goùc phaûn xaï baèng goùc tôùi.
- Ñònh luaät khuùc xaï: Khi tia saùng ñi töø moâi tröôøng coù chieát
suaát n
1
sang moâi tröôøng coù chieát suaát n
2
, noù bò khuùc xaï ôû
maët phaân caùch hai moâi tröôøng. Tæ soá giöõa goùc tôùi vaø goùc
phaûn xaï thoaû maõn ñieàu kieän:
’ = (2)
Sin
Sin
2
1
n
n
=
(3)
n1
n2 >n1
’
v
oxv
Hieän töôïng truyeàn thaúng, phaûn xaï, khuùc xaï
2. HỆ QUANG HỌC CỦA SÚNG ĐIỆN
TỬ
Thấu kính điện tử đƣợc dùng để hội tụ hay phân kỳ
chùm điện tử, tạo đƣợc bằng điện trƣờng không đồng nhất
hay từ trƣờng không đồng nhất có đối xứng trục.
2.1 HỆ 1 THẤU KÍNH
• Theo lý thuyết Larange-Helmholz
• Độ rộng ảnh của cathode
• Yêu cầu: r2 nhỏ nhất: Giảm tử số hay tăng mẫu số
1 1 1 2 2 2r n tg r n tg
1 1 1
2
2 2
r U
r
U
2.1 HỆ 1 THẤU KÍNH
r2 nhỏ nhất
Giảm tử số Tăng mẫu số
Giảm r1 Giảm U1 giảm gama 1 Tăng U2 Tăng gama 2
1 1 1
2
2 2
r U
r
U
1
2.1 HỆ 1 THẤU KÍNH
Giảm U1
ảnh hưởng của vận tốc
ban đầu cua3 điện tử
sắc sai sẽ cao
dt chuyển đông chậm hơn.
Điện tích không gian
Đtmở rộng chùm đt
Không khả thi
2.1 HỆ 1 THẤU KÍNH
Tăng gama 2
không đủ không gian để
vật làm lệch chùm điện tử.
thấu kính gần màng
hiệu quả làm lệch điện
tử sẽ giảm
Không khả thi
Với những lý do trên, súng điện tử thấu kính đơn không thể
cho chùm điện tử có tiết diện nhỏ nhất. Do đó nó ít đƣợc sử dụng.
Hầu hết súng ngày nay sử dụng hệ quang học hai thấu kính
2.2 HỆ 2 THẤU KÍNH
Công dụng của hệ quang học 2 hoặc 3 thấu kính cho phép chúng ta tạo ra những
súng điện tử đáp ứng tốt những đòi hỏi đã nêu.
2.2 HỆ 2 THẤU KÍNH
(1.thấu kính thứ nhất 2. thấu kính thứ hai, 3. màn hình, 4.
tiết diện giao nhau, 5. hình ảnh cathode, 6. bán kính chùm
tia)
VI. Phát xạ nhiệt điện tử photon tăng cƣờng
có thể tăng gấp đôi hiệu suất của các pin
năng lƣợng mặt trời
• Tháng 8/2010 Các kỹ sƣ tại Đại học Stanford đã
phát triển một quá trình mà có thể khai thác ánh
sáng và nhiệt năng của đồng thời, có thể tạo ra
các pin năng lƣợng mặt trời gấp đôi hiệu suất nhƣ
những pin hiện nay. Gọi là phát xạ nhiệt điện tử
photon tăng cƣờng (photon enhanced thermionic
emission - PETE), quá trình này khác với các pin
truyền thống, mất hiệu suất khi nhiệt độ tăng.
Bằng cách phủ lên vật liệu bán dẫn một lớp mỏng
của xêzi (cesium), cho phép vật liệu sử dụng cả
nhiệt và ánh sáng đồng thời.