电子源、电子辐射类型、电离原因

为了理解和解释电子设备的工作原理，有必要回答以下问题：电子是如何分离的?我们将在本文中回答。

根据现代理论，原子由带正电荷的原子核和位于原子核周围的带负电荷的电子组成，原子核带正电荷，几乎集中了原子的全部质量。原子整体呈电中性，因此，原子核的电荷必须等于周围电子的电荷。

由于所有化学物质都是由分子构成的，而分子又是由原子构成的，因此任何处于固态、液态或气态的物质都是电子的潜在来源。事实上，所有三种聚合状态都在技术设备中用作电子源。

一个特别重要的电子源是金属，金属通常以金属丝或带的形式用于此目的。

问题出现了：如果这样的灯丝包含电子并且这些电子是否相对自由，也就是说，它们可以或多或少地在金属内部自由移动（确实如此，我们相信即使是非常小的电位差，施加在这样一根线的两端会引导电子沿着它流动），那么为什么电子不会飞出金属并且在正常情况下不会形成电子源呢？根据基本静电理论可以给出这个问题的简单答案。

假设电子离开金属。然后金属应该获得正电荷。由于相反符号的电荷相互吸引，电子将再次被吸引到金属上，除非某些外部影响阻止了这种情况。

金属中的电子可以通过多种方式获得足够的能量离开金属：

1.热电子辐射

热电子辐射是白炽体发射的电子。热电子辐射已经在固体中进行了研究，特别是在金属和半导体中研究了它们作为电子设备和热电转换器的热电子阴极材料的用途。

自 18 世纪后期以来，当加热到高于白热的温度时，身体会失去负电的现象已为人所知。 V. V. Petrov (1812)、托马斯·爱迪生 (Thomas Edison) (1889) 等人建立了一些关于这种现象的定性规律。到 1930 年代，确定了发射电子数、体温和功函数之间的主要分析关系。

当电压施加到灯丝的两端时，流过灯丝的电流会加热灯丝。当金属的温度足够高时，电子就会离开金属表面，逃逸到周围的空间中。

以这种方式使用的金属称为热电子阴极，以这种方式释放电子称为热电子辐射。引起热电子辐射的过程类似于分子从液体表面蒸发的过程。

在这两种情况下，都必须做一些工作。在液体的情况下，这项工作是汽化潜热，等于将一克物质从液态变为气态所需的能量。

在热电子辐射的情况下，所谓的功函数是从金属蒸发一个电子所需的最小能量。以前用于无线电工程的真空放大器通常有热离子阴极。

2.光电发射

光对各种材料表面的作用也会导致电子的释放。光能用于为物质的电子提供必要的额外能量，使它们能够离开金属。

在这种方法中用作电子源的材料称为光伏阴极，释放电子的过程称为光伏或光电子发射……这种释放电子的方式，就是电眼的基础—— 光电池.

3、二次排放

当粒子（电子或正离子）撞击金属表面时，这些粒子的部分动能或全部动能可以转移到金属的一个或多个电子上，因此它们获得足以离开的能量金属。这个过程称为二次电子发射。

4. 汽车电子排放

如果金属表面附近存在非常强的电场，它可以将电子从金属中拉走。这种现象称为场发射或冷发射。

汞是唯一广泛用作场发射阴极的金属（在旧的汞整流器中）。汞阴极允许非常高的电流密度并使整流器的设计高达 3000 kW。

电子也可以通过多种方式从气态物质中释放出来。 原子失去电子的过程称为电离。……失去电子的原子称为正离子。

由于以下原因，可能会发生电离过程：

1、电子轰炸

由于电场，充气灯中的自由电子可以获得足以电离气体分子或原子的能量。这个过程可能具有雪崩特性，因为在从原子中击出一个电子后，未来的两个电子在与气体粒子碰撞时会释放出新的电子。

初级电子可以通过上面讨论的任何方法从固体中释放出来，固体的作用可以通过封闭气体的壳和位于灯内的任何电极来发挥。初级电子也可以通过光伏辐射产生。

2.光电离

如果气体暴露在可见或不可见的辐射下，则该辐射的能量（当被原子吸收时）可能足以击落一些电子。这种机制在某些类型的气体放电中起着重要作用。此外，由于气体本身发射激发粒子，气体中会发生光电效应。

3、正离子轰击

正离子撞击中性气体分子可以释放电子，就像电子轰击的情况一样。

4.热电离

如果气体的温度足够高，那么构成其分子的一些电子就可以获得足够的能量离开它们所属的原子。这种现象类似于金属的热电辐射，这种辐射只有在高压下有强大电弧的情况下才会起作用。

最重要的作用是由于电子轰击而使气体电离。光电离化在某些类型的气体放电中很重要。其余过程不太重要。

直到最近，各种设计的真空设备还在各处使用：通信技术（尤其是无线电通信）、雷达、能源、仪器制造等。

电真空器件在能源领域的应用包括：交流变直流（整流）、直流变交流（逆变）、改变频率、调节电机转速、自动控制交流电压和直流发电机，在电焊、照明控制中开关重要电源。

利用辐射与电子的相互作用导致光电池和气体放电光源的产生：氖灯、汞灯和荧光灯。电子控制在剧院和工业照明方案中至关重要。