Соната, 47 - 4 июля 2012 21:57

Термоэлектронная эмиссия была открыта Эдисоном в 1884 году. Несколько позже в 1897г. Томсон показал, что с нагретого катода эмитируются электроны. Этот эффект получил название «электронной эмиссии» - явление выхода электронов за пределы проводника.

Потенциа́льный барье́р — область пространства, разделяющая две другие области с различными или одинаковыми потенциальными энергиями. Характеризуется «высотой» — минимальной энергией классической частицы, необходимой для преодоления барьера.
Некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе. С повышением температуры число электронов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растет, и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным.

Основная сущность термоэмиссионной энергетики достаточно проста – и заключается в переносе максимального количества электронов с горячего катода на холодный анод при минимальной потере тепла. А этого никак не избежать, потому что нагрев катода с последующим отрывом электронов от своих ядер сопровождается излучением фотонов (а это и есть теплопередача излучением). Пытаясь отодвинуть анод от катода, мы уменьшаем тепловое воздействие на анод, придвигая его к катоду, увеличиваем эмиссию - ток, но анод начинает перегреваться. И если электрон, как носитель отрицательного элементарного заряда стабилен и обладает массой покоя, то фотон может существовать только в движении, его невозможно остановить, или при помощи полей повернуть, при «соударении» с веществом он может только испытывать «упругие или неупругие столкновения». Самих же фотонов в атоме и в ядре в готовом виде нет, они рождаются в момент перестройки структуры атома, в данном случае при его нагреве. Чем дальше фотонный поток от анода, тем легче его вернуть на катод с помощью «упругого столкновения» за счет «механического» отражения фотонов зеркалами. В этом и суть. Зазор между катодом и анодом не нужен по определению, без него электронам с горячего катода легко «перепрыгнуть» на холодный анод. Но их близкое расположение приводит к нагреву анода и сводит на нет преимущества свободного электронного перехода. Задача в том и состоит, чтобы отделить «зерна от плевел - фотоны направо, электроны налево».

При достижении определенной величины магнитной индукции, выступающей центростремительной силой по отношению к движущимся электронам, их траектория искривится настолько, что они уже не смогут попадать на коллектор а, описывая в пространстве сложную кривую, в данном случае циклоиду опустятся на анод. Последний будет находиться на значительном расстоянии от катода, обогреваемого внешним источником тепла.
Покидая катод, электрон разгоняется электрическим полем, увеличивая свою кинетическую энергию, двигаясь при этом по восходящей ветви циклоиды. На вершине кривой электрон пересекает электрические силовые линии, под прямым углом, имея максимальную кинетическую энергию. Получить большую энергию от электрического поля не дает магнитное поле, которое искривляет его траекторию, вызывая обратное движение электрона на тот же энергетический уровень, с которого он начал свое движение. Если расстояние, которое пролетел электрон больше длины катода, то его «посадка» произойдет на анод со скоростью равной или близкой к «тепловой скорости». Таким образом, сколько энергии электрон отобрал у электрического поля при движении вверх по циклоиде, столько же и вернул этому полю, опускаясь по нисходящей ветви циклоиды. А в некоторых случаях даже больше.
Электрон, у которого вся кинетическая энергия будет отдана полю, не будет вызывать значительного нагревания ни коллектора, ни анода. Для значительного повышения КПД поверхности анода и коллектора должны обладать высокими светоотражательными свойствами для возврата «рассеянной катодом теплоты» обратно в работу.

Какая то часть электронов, безусловно, не будет с первого раза попадать на анод, но и в случае неудачного «полета» энергия таких электронов не теряется.