|
[[Plik:Egun.jpg|thumb|350px|Działo elektronowe kineskopu achromatycznego]]
'''Działo elektronowe''' – element urządzeń wytwarzający odpowiednio skierowany strumień elektronów o odpowiedniej energii. Działo elektronowe jest elementem [[kineskop]]ów, [[mikroskop elektronowy|mikroskopów elektronowych]], źródłem elektronów w [[akcelerator cząstek|akceleratorach cząstek]]<ref name=dzialo1 />.
== Ogólne informacje ==
* [[katoda]] – elektroda emitująca [[elektron]]y,
* elektroda ogniskująca – umożliwia uzyskanie na ekranie plamki o bardzo małej powierzchni (zwykle jest to cylinder Wehnelta, czyli niewielki cylinder z otworkiem, otaczający katodę). Cylinder ma [[Potencjał elektryczny|potencjał]] ujemny względem katody, zmiana potencjału zmienia [[Natężenie prądu elektrycznego|natężenie]] wiązki elektronów, a przez to jasność świecącej plamki w kineskopie,
* [[anoda]] – składająca się z jednej lub kilku cylindrycznych elektrod o różnych średnicach, stanowią układ przyspieszający i ogniskujący<ref name=dzialo1 />.
Istnieją dwa główne typy dział elektronowych wykorzystujących zjawisko [[Emisja termoelektronowa|termoemisji]] lub [[Emisja polowa|emisję polową]]. Najprostsze działo elektronowe to [[wolfram]]owe włókno ([[katoda]]). Jest ono nagrzewane w [[Próżnia|próżni]] do temperatury około 2800K2800 K. Elektrony uzyskują energię, która pozwala, aby opuściły katodę. Emitowane elektrony są [[Kolimacja|kolimowane]] i ogniskowane przy pomocy cylindra Wehnelta (pole elektrostatyczne). Wiązka pierwotna ma wtedy średnicę około 50μm50 μm. Potencjał przyłożony do [[Anoda|anody]] wynosi od 1 do 20kV20 kV. Przyspieszenie elektronów następuje w wyniku dużej różnicy potencjałów pomiędzy katodą a anodą<ref name=dzialo2 /> (rys. 1.).
Głównym parametrem charakteryzującym działo elektronowe jest jasność źródła wiązki β<math>\beta. </math> Definiuje się ją jako [[Gęstość prądu elektrycznego|gęstość prądu]] odniesiona do jednostkowego [[Kąt bryłowy|kąta bryłowego]]: ▼: <math>\beta = \frac{4I \over}{\pi^ {2 }\cdot d^ {2}_{p}2_p\cdot \alpha^ {2} }},</math> ▼
▲Głównym parametrem charakteryzującym działo elektronowe jest jasność źródła wiązki β. Definiuje się ją jako [[Gęstość prądu elektrycznego|gęstość prądu]] odniesiona do jednostkowego [[Kąt bryłowy|kąta bryłowego]]:
▲: <math>\beta ={4I\over{\pi^{2}\cdot d^{2}_{p}\cdot \alpha^{2}}}</math>
<br />
gdzie:
: <math>I</math> -– [[natężenie prądu elektrycznego]] [A],
: d<submath>pd_p</submath> – średnica wiązki padającej na próbkę [m],
: α<math>\alpha</math> -– połowa kąta apertury obiektywu [<sup>0</sup>°]<ref name=dzialo3 />.
Zwiększona jasność β pozwala wykorzystać większy prąd I, dzięki czemu uzyskuje się lepszą [[Zdolność rozdzielcza|rozdzielczość]]. W przypadku wykorzystania katody LaB<sub>6</sub> uzyskuje się lepszą jasność związaną z niższą [[Praca wyjścia|pracą wyjścia]] elektronów oraz mniejszym rozmiarem źródła (ok. 10μm10 μm). Działa FEG charakteryzują się najmniejszym rozmiarem źródła (maks. 30nm30 nm). Zarówno katoda heksaborku lantanu i działa z emisją polową dodatkowo wyróżniają się dłuższym czasem eksploatacji, niż standardowe włókna wolframowe. Emitują elektrony o mniejszym odchyleniu energetycznym, co umożliwia poprawę rozdzielczości poprzez zmniejszanie wpływu aberracji chromatycznej<ref name=dzialo4 />.
Napięcie przyspieszające U<submath>pU_p</submath> jest to napięcie przyłożone pomiędzy katodą a anodą. Można rozpatrzyć dwa przypadki dla przyspieszającego elektronu. Gdy jego prędkość jest mała (dużo niższa od [[Prędkość światła|prędkości światła]] w próżni) można wyznaczyć długość fali λ<math>\lambda</math> w zależności od zastosowanego napięcia przyspieszającego:
: <math>\lambda = \frac{12{,}25 \over }{\sqrt{{U_{p}}U_p}},</math>
<br />gdzie:
: U<sub>p</sub> - napięcie przyspieszające elektrony [V] ▼: <math>U_p</math> – napięcie przyspieszające elektrony [V].
Gdy napięcie przyspieszające jest większe od 6kV6 kV elektrony osiągają tak dużą prędkość, że należy uwzględnić [[Czynnik Lorentza|efekty relatywistyczne]]. Masa elektronu wzrasta ze zwiększaniem się prędkości. Długość fali λ<math>\lambda</math> można wyznaczyć z relacji:
: <math>\lambda = \frac{12{,}25 \over}{\sqrt{U_{p}U_p\cdot (1-\frac{U_{pU_p}\over{1,02 \cdot 10^{6}}})}}},</math>
<br />gdzie:
: U<sub>p</sub> - napięcie przyspieszające elektrony [V]
▲: U< submath> pU_p</ submath> -– napięcie przyspieszające elektrony [V] .
W [[Skaningowy mikroskop elektronowy|skaningowej mikroskopii elektronowej]] stosuje się najczęściej napięcie przyspieszające z zakresu 10-20kV10–20 kV, a [[ElektronowyTransmisyjny mikroskop transmisyjnyelektronowy|transmisyjna mikroskopia elektronowa]] wykorzystuje napięcia 100-400kV100–400 kV. Stosowanie większych napięć przyspieszających pozwala otrzymywać informację z większych głębokości próbki. Dodatkowo można uzyskać widmo charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego cięższych pierwiastków, których [[Stan wzbudzony|energia wzbudzenia]] jest duża. Niskie napięcie przyspieszające ułatwia detekcję lekkich pierwiastków o niskiej zawartości w próbce. Przy wzroście wielkości napięcia przyspieszającego ponad 400-500kV400–500 kV nie pojawia się znaczące skrócenie długości fali, niż by to wynikało ze strat energetycznych i opłacalności danych obserwacji. Duże wartości napięcia przyspieszające powodują mocniejszą eksploatację katody, silnie skracającej jej żywotność<ref name=dzialo5 />.
== Przypisy ==
{{Przypisy|
<ref name=dzialo1>{{cytuj książkę| |autor=Antoniewicz J.|tytuł=Poradnik Radioradio- i Teleelektrykateleelektryka. B – Elementy i podzespoły|wydawca= PWT|miejsce= Warszawa|rok= 1959}}</ref>
<ref name=dzialo2>{{Cytuj książkę | autor = Goldstein J., Newbury D., Joy D., Lyman C., Echlin P., Lifshin E., Sawyer L., Michael J.| |tytuł = Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis | wydawca = Springer-Verlag | rok = 2003|miejsce = Berlin|strony= 29-3429–34|isbn=0-306-47292-9}}</ref>
<ref name=dzialo3>{{Cytuj książkę | autor = Goldstein J., Newbury D., Joy D., Lyman C., Echlin P., Lifshin E., Sawyer L., Michael J.| |tytuł = Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis | wydawca = Springer-Verlag | rok = 2003|miejsce = Berlin|isbn=0-306-47292-9}}</ref>
<ref name=dzialo4>{{Cytuj książkę | autor = Kelsall R. W., Hamley I. W., Geoghegan M.| |tytuł = Nanotechnologie | wydawca = Wydawnictwo Naukowe PWN| |rok = 2008 |miejsce = Warszawa |strony=75-76|75–76 |isbn = 978-83-01-15537-7}}</ref>
<ref name=dzialo5>{{cytuj stronę | url = http://technologialaserowa.republika.pl/mikroskop.pdf | tytuł = Mikroskop elektronowy |autor =Wcisło M|data dostępu = 2012-08-08| autor =Wcisło M.}}</ref>
}}
| 