Studená emise elektronů: Princip a využití

Vědci z brněnského Ústavu přístrojové techniky AV ČR ve spolupráci s kolegy z Vysokého učení technického v Brně (VUT) zveřejnili objev, který využívá polymerní grafit jako nový materiál pro výrobu elektronových trysek, přesněji řečeno katod na bázi studené emise elektronů.

Objev by mohl vést ke zlevnění některých přístrojů, jako jsou elektronové mikroskopy či CRT televizory.

Polymerní grafit se běžně používá pro výrobu náplní do mikrotužek. Skládá se z pojiva na bázi polymeru a z grafitových vloček, které obsahují až 80 % hybridizovaného uhlíku, což je materiál s velmi dobrou vodivostí, mechanicky odolný a do jisté míry elastický.

Toho je dosaženo karbonizací směsi grafitu a polymerů na přírodní bázi (např. celulózy) za vysoké teploty bez přístupu vzduchu.

„Obecně se dá říct, že grafit je za normální teploty a tlaku nejstabilnější forma uhlíku, jeho zásoby jsou značné a cena je v porovnání např. s dosud nejčastěji používaným wolframem zlomková,“ vysvětluje dr. Alexandr Knápek z Ústavu přístrojové techniky.

Čtěte také: O recyklaci za studena na místě

Použití elektronové trysky v praxi představuje Dinara Sobola z Ústavu fyziky FEKT VUT, která na výzkumu spolupracuje.

„Elektronová tryska je vakuová součástka používaná v celé řadě zařízení, které ke své funkci používají elektronový svazek. Může se jednat např. o elektronový mikroskop, elektronový litograf, zdroj RTG záření (tzv. rentgenka) nebo i obyčejný ‚elektronkový‘ CRT televizor. Nejdůležitější součástí elektronové trysky je tzv. katoda.

Z katody elektrony opouštějí povrch pevné látky a stávají se elektrony volnými, které jsou odsávány systémem elektrod a dále se pohybují prostorem ve vakuu.

Funkci grafitové katody vědci ověřili v autoemisním mikroskopu (FEM), což je nejjednodušší typ elektronového mikroskopu navržený Erwinem Müllerem v roce 1936, který se v nejrůznějších modifikacích používá pro účely měření katod dodnes.

Článek kromě samotné funkčnosti diskutuje i stabilitu svazku, což je důležitý parametr pro nasazení katody do zařízení využívající fokusovaný elektronový svazek (např.

Čtěte také: Cementem stabilizovaná recyklace asfaltu

Na rozdíl od samostatného výboje při vzniku katodových paprsků, můžeme ve vakuu vytvořit i výboj nesamostatný. Tomuto procesu říkáme emise elektronů z kovů.

Katoda ve výbojové trubici je vyrobena z wolframového vlákna a rozžhavená procházejícím elektrickým proudem.

Z vlákna katody se díky termoemisi uvolňují elektrony s velkou rychlostí. V oblasti mezi katodou a anodou tak vzniká záporný prostorový náboj, který ale zabraňuje vystupování dalších elektronů z katody.

Jestliže je napětí mezi katodou a anodou dostatečné, pak převládá elektrické pole mezi katodou a anodou a elektrony vytvoří vodivé spojení.

Termoemise se využívá v elektronkách nebo častěji v obrazovkách. Nejjednodušší elektronkou je dioda, jejíž vzduchoprázdná baňka obsahuje jen katodu a anodu.

Čtěte také: Udržitelné stavebnictví s recyklací za studena

Používá se jako usměrňovače střídavého proudu na stejnosměrný. První prototyp diody vytvořil Thomas Alva Edison, ale patent na ni obdržel v roce 1904 John Ambrose Fleming.

Jednalo se o detektor elektromagnetických vln, který se skládal ze skleněné baňky, z níž byl odčerpán vzduch, a v ní byly dvě elektrody tvořené kovovými plíšky, z nichž jedna později nazvaná katoda, byla zahřívaná. Zahřívaná katoda elektrony vyzařovala, kdežto anoda je přitahovala.

Zesilovače, vysokofrekvenční generátory a detektory elektromagnetických vln obsahují třetí elektrodu - mřížku. Pomocí napětí na mřížce lze velmi dobře regulovat anodový proud.

Toto zařízení se jmenuje trioda a v roce 1906 ho nezávisle na sobě vynalezli Američan Lee de Forest a olomoucký továrník Robert V. Lieben.

První katodovou trubici s luminiscenčním stínítkem vynalezl v roce 1897 německý univerzitní profesor Carl Braun.

V každém vakuovém zařízení, v němž elektrony nabývají před dopadem na elektrody velkou kinetickou energii (při urychlení napětím větším než 10 kV), vzniká rentgenovo záření objevené v roce 1895 Wilhelmem Röntgenem.

K emitování rentgenova záření byla sestrojena speciální elektronka - rentgenka.

K luminiscenci není potřeba žádné specifické teploty a dochází k ní i při teplotách nízkých, proto se jí říká též studené světlo.

V závislosti na formě budící energie rozeznáváme fotoluminiscenci (Fotoluminuscenci můžeme dále dělit na fluorescenci a fosforescenci podle doby, po kterou luminiscence přetrvává poté, co přestane působit budící energie.

Fluorescence probíhá pouze v době, kdy je luminiscenční látka ozařována.

Luminiscence má široké využití v praxi. Při konstrukci luminiscenčních svítidel a plynových laserů se využívá luminiscence v parách kovů a vzácných plynů při sníženém tlaku.

Ve scintilačních detektorech a barvivových laserech najdeme luminiscenci kapalin, především roztoků organických barviv.

Krystalických luminoforů, tzv. krystalofosforů, využíváme v televizních obrazovkách. Luminiscence má uplatnění také ve značení buněčných struktur pro zhodnocení morfologických a funkčních změn, kde se využívá schopnosti luminiscence některých látek zvýraznit určitou strukturu.

Výbojky spadají do kategorie luminiscenčních zdrojů světla. Sestávají se z křemenné trubice naplněné plynem nebo parami kovů a elektrodami na obou koncích.

Na elektrody je přivedeno elektrické napětí, čímž se volné elektrony uvnitř trubice začnou pohybovat směrem od katody k anodě a nárazy excitují a ionizují další atomy plynu.

Výbojky můžeme rozdělit podle druhu výboje na obloukové, jiskrové, doutnavé a bezelektrodové, podle druhu prostředí na plynové a parové, a podle časového režimu na spojité a impulzní.

Nejčastěji jsou využívání vysokotlaké výbojky, například v optických přístrojích, solárních simulátorech nebo v kožním lékařství. Výbojky mají obecně větší využití díky své vysoké účinnosti.

Zářivka je druh nízkotlakové výbojky, kterou tvoří vlastní zářivkové těleso, většinou skleněný válec s baryovými elektrodami. V něm jsou rtuťové páry a argon, na stěnách pak luminiscenční vrstva.

Elektrické pole urychluje elektrony proudící z katody k anodě, ty jsou pak schopné vyrazit další elektrony z látky, čímž dochází k lavinové ionizaci.

Při výboji vzniká v zářivce elektromagnetické vlnění o vlnové délce odpovídající UV záření. Elektrony z luminiscenční vrstvy získají energii UV záření (excitují), nezářivým přechodem přejdou na nižší hladinu, až z které energii vyzáří - ve formě viditelného světla.

tags: #studená #emise #elektronů #princip

Oblíbené příspěvky:

• Informace o svozu odpadu v Tachově
• Kdy začíná svoz bioodpadu v Rudolecké ulici?
• Bonitovaná půdně ekologická jednotka
• Romantická svatba v Libereckém kraji
• Živočišná výroba a životní prostředí