Zastosowania technologiczne elektronicznej emisji atomów
Technologiczne zastosowania elektronowej emisji atomów odbywają się z uwzględnieniem zjawisk, które powodują wyrzucenie jednego lub więcej elektronów na zewnątrz atomu. Oznacza to, że aby elektron opuścił orbitę, w której znajduje się stabilnie wokół jądra atomu, potrzebny jest zewnętrzny mechanizm, aby go osiągnąć.
Aby elektron odłączył się od atomu, do którego należy, należy go usunąć za pomocą pewnych technik, takich jak zastosowanie dużej ilości energii w postaci ciepła lub napromieniowania wysokoenergetycznymi przyspieszonymi wiązkami elektronów.
Zastosowanie pól elektrycznych, które mają siłę znacznie większą niż ta związana z promieniami, a nawet użycie laserów o dużej intensywności i większej jasności niż powierzchnia słoneczna, jest w stanie osiągnąć ten efekt usuwania elektronów.
Główne zastosowania technologiczne emisji elektronicznej atomów
Istnieje kilka mechanizmów umożliwiających osiągnięcie elektronicznej emisji atomów, które zależą od pewnych czynników, takich jak miejsce, w którym emitowane są elektrony, oraz sposobu, w jaki cząstki te mają zdolność poruszania się, aby przekroczyć barierę potencjalnych wymiarów skończony
Podobnie wielkość tej bariery będzie zależeć od charakterystyki danego atomu. W przypadku osiągnięcia emisji powyżej bariery, niezależnie od jej wymiarów (grubości), elektrony muszą mieć wystarczającą ilość energii, aby ją pokonać.
Tę ilość energii można osiągnąć przez zderzenia z innymi elektronami poprzez przeniesienie ich energii kinetycznej, zastosowanie ogrzewania lub absorpcję cząstek światła znanych jako fotony.
Z drugiej strony, gdy pożądane jest osiągnięcie emisji poniżej bariery, musi ona mieć wymaganą grubość, tak aby elektrony mogły ją „przejść” przez zjawisko zwane efektem tunelu.
W tej kolejności pomysłów poniżej przedstawiono mechanizmy osiągania emisji elektronicznych, po których następuje lista niektórych zastosowań technologicznych.
Emisja elektronów przez efekt pola
Emisja elektronów przez efekt pola następuje poprzez zastosowanie dużych pól typu elektrycznego i pochodzenia zewnętrznego. Do najważniejszych aplikacji należą:
- Produkcja źródeł elektronów, które mają pewną jasność w celu opracowania mikroskopów elektronicznych o wysokiej rozdzielczości.
- Postępy różnych rodzajów mikroskopii elektronowej, w których elektrony są wykorzystywane do tworzenia obrazów bardzo małych ciał.
- Eliminacja obciążeń indukowanych z pojazdów poruszających się w przestrzeni za pomocą neutralizatorów obciążenia.
- Tworzenie i ulepszanie materiałów o małych wymiarach, takich jak nanomateriały.
Emisja cieplna elektronów
Emisja cieplna elektronów, znana również jako emisja termionowa, opiera się na ogrzewaniu powierzchni ciała, które ma być badane, aby spowodować emisję elektronową poprzez jego energię cieplną. Ma wiele zastosowań:
- Produkcja tranzystorów próżniowych wysokiej częstotliwości, które są stosowane w dziedzinie elektroniki.
- Tworzenie pistoletów, które wyrzucają elektrony, do użytku w naukowym oprzyrządowaniu.
- Tworzenie materiałów półprzewodnikowych, które mają większą odporność na korozję i poprawę elektrod.
- Skuteczne przekształcanie różnych rodzajów energii, takich jak energia słoneczna lub termiczna, w energię elektryczną.
- Wykorzystanie systemów promieniowania słonecznego lub energii cieplnej do generowania promieni rentgenowskich i wykorzystywania ich w zastosowaniach medycznych.
Fotoemisja elektronów i wtórna emisja elektronów
Fotoemisja elektronowa jest techniką opartą na efekcie fotoelektrycznym odkrytym przez Einsteina, w którym powierzchnia materiału jest napromieniowywana promieniowaniem o określonej częstotliwości, aby przekazać elektronom wystarczającą ilość energii, aby usunąć je z tej powierzchni.
Podobnie, wtórna emisja elektronów zachodzi, gdy powierzchnia materiału jest bombardowana elektronami typu pierwotnego, które mają dużą ilość energii, tak że przekazują energię elektronom typu wtórnego, aby mogły zostać odłączone od powierzchnia
Zasady te zostały wykorzystane w wielu badaniach, w których osiągnięto między innymi:
- Konstrukcja fotopowielaczy stosowanych w fluorescencji, skaningowej mikroskopii laserowej i detektorach o niskim poziomie promieniowania świetlnego.
- Produkcja czujników obrazu poprzez transformację obrazów optycznych na sygnały elektroniczne.
- Stworzenie złotego elektroskopu, który jest wykorzystywany do ilustracji efektu fotoelektrycznego.
- Wynalezienie i ulepszenie urządzeń noktowizyjnych, aby zintensyfikować obrazy lekko podświetlonego obiektu.
Inne aplikacje
- Tworzenie nanomateriałów na bazie węgla do rozwoju elektroniki w skali nanometrycznej.
- Produkcja wodoru poprzez oddzielenie wody, przy użyciu foto-anod i fotokatod ze światła słonecznego.
- Generowanie elektrod o właściwościach organicznych i nieorganicznych do zastosowania w większej różnorodności zastosowań badawczych i naukowych i technologicznych.
- Poszukiwanie produktów farmakologicznych przez organizmy poprzez znakowanie izotopowe.
- Eliminacja mikroorganizmów z kawałków o wielkiej wartości artystycznej dla ich ochrony poprzez zastosowanie promieni gamma w ich konserwacji i odbudowie.
- Produkcja źródeł energii do zasilania satelitów i statków przeznaczonych do kosmosu.
- Tworzenie systemów ochrony dla badań i systemów opartych na wykorzystaniu energii jądrowej.
- Wykrywanie wad lub niedoskonałości materiałów w dziedzinie przemysłowej za pomocą promieni rentgenowskich.
