Файл: Евдокимов, В. Д. Экзоэлектронная эмиссия при трении.pdf

Механизм оже-рекомбинации хорошо объясняет также максимумы на кривых термовысвечивания экзоэлектронов, затухание эмиссии и влияение подсветки. Поэтому все чаще исследователи склоняются в пользу этой гипотезы при изучении экзоэлектронной эмиссии с ионных кристаллов [84,85], хотя для окончательных выводов требуется еще экспериментальная проверка. Что же касается результатов Грунберга и Райта, полученных для металлов, то они оказались ошибочными. Впоследствии было доказано, что длинноволновые максимумы фото­

электронной эмиссии обусловлены незначительным пропусканием фильт­ ров в области ближнего ультрафиолета [86І. Ряд экспериментов не обнаружил эмиссии на длинах волн свыше 4000 К [34,36,87,881.

низма экзоэлектронной эмиссии только на ионных кристаллах. Тем не

стимулировать нагревом либо длинноволновой подсветкой. Было обра­ щено внимание и на то, что если кристалл обладает экзоэлектронной активностью, то он является и люминофором. Но не все люминофоры способны эмиттировать экзоэлектроны. Естественно, что сходство этих двух явлений навело на мысль об их аналогичной природе.

Когда в изучении экзоэлектронной эмиссии делались первые шаги, люминесценция была изучена глубже. Поэтому не удивительно, что большая часть исследований велась в направлении параллельного изу­ чения и сопоставления эффекта Крамера и люминесценции, а основны­ ми объектами исследований служили некоторые окислы и кристаллы NaCl, AgCl, CaF, [89-99].

В настоящее время гипотеза общности центров захвата, ответст­ венных за люминесценцию и экзоэлектронную эмиссию, подвергается сомнению. Для фосфоров на основе CaSO,, и SrSCu можно считать твердо доказанным, что эти центры имеют разную природу, хотя и создаются одним и тем же активатором [100-103]. Установлено [91], что необходимым условием для возбуждения экзоэлектронной эмиссии является фотохимическое окрашивание кристаллов, например, с помо­ щью рентгеновского или ультрафиолетового излучения. Без фотохими­ ческого окрашивания экзоэлектронная эмиссия с ионных кристаллов не наблюдается ни при нагревании, ни при облучении видимым светом. В ряде работ показано [15,91,97], что центрами экзоэлектронной эмиссии в ионных кристаллах являются объемные центры окраски в приповерх­ ностных слоях. Особая роль здесь отводится F -центрам [99] , энерге­

тическое состояние которых зависит от дислокаций L 97І С увеличением

12

Глава IT.

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ДЕТЕКТОРАХ. ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ ВЫБОРЕ ДЕТЕКТОРА

Природа экзоэлектронной эмиссии не может быть познана, пока не будет предложена физическая модель, которая не только даст удовле­ творительное качественное описание эффекта, но и' подтвердит его к о ­ личественные характеристики.

При теоретическом обобщении результатов многочисленных экспе­ риментальных исследований экзоэлектронной эмиссии приходится стал ­ киваться с трудностями сопоставления данных различных исследовате­ лей. Причины этих затруднений заключаются в том, что пока нет еди­ ной общепринятой методики экспериментов, что зачастую не контроли­ руются параметры, влияющие на интенсивность и кинетику экзоэлектрон­

решающее значение имеют конструкции и режим работы регистрирующе­ го устройства, которое само может оказывать влияние на детектиру­ емый процесс. Возникает своего рода обратная связь: эмиссия вызы ­

14

его величину до 10"14 а. Для регистрации меньших токов приходится использовать методы ядерной физики. Но в ядерной физике элементар­ ные частицы обладают большими энергиями и вызывают значительный ионизационный эффект в веществе детектора, а энергия экзоэлектронов составляет единицы и даже доли электронвольта. В связи с этим т е х ­ ника регистрации экзоэлектронной эмиссии имеет свою специфику.

1. Регистрация с помощью газоразрядных счетчиков

Газоразрядный счетчик в простейшем случае представляет собой объем, заполненный газом, в который помещены два электрода. Элек­ трон, попавший в промежуток между этими двумя электродами, будет дрейфовать против силовых линий электрического поля, испытывая большое число соударений с молекулами газа. Длина пути свободного пробега между двумя соударениями зависит от состава газа, его д а в ­ ления и температуры. При достаточно большой напряженности электри­

иона. Дрейфуя дальше к аноду, электроны создают новые электронноионные пары, число которых лавинообразно нарастает. Процесс разви­ тия такой лавины описывается коэффициентом ударной ионизации а, который определяется числом соударений электрона с молекулами газа на 1 см пути в направлении электрического поля. При некоторых упро­ щающих предположениях [120-122]

дрейфуют к катоду. Их энергия практически не превышает средней энер­ гии теплового движения нейтральных молекул газа . Увеличение числа

где X - расстояние от анода, с которого начинается ударная ионизация. Счетчик с однородным полем имеет тот недостаток, что коэффици­

ент газового усиления зависит от места влета электрона. В счетчике с неоднородным полем область высоких напряженностей поля сосредо­ точена вблизи электрода с большей кривизной и ударная ионизация

15

происходит только в узкой части пространства, окружающего этот электрод. Для счетчика с цилиндрической или сферической формой

возникновения электронно-ионной лавины (так называемые первичные таунсендовские явления) можно ограничиться при небольших напряже­

счетчика. В результате фотоэффекта из катода вырываются новые элек ­

раз меньше скорости дрейфа электронов. Ионы постепенно экранируют анод от внешнего поля. При этом напряженность поля снижается. Ког - ,да она станет меньше предельного значения, необходимого для удар­ ной ионизации, электронно-фотонные лавины прекратятся.

Осевшие на катоде положительные ионы, обладая большой потен­ циальной энергией, могут вырвать новые электроны. Так как простран­ ство вблизи анода уже очистилось от ионов и стала возможной удар­ ная ионизация, серия электронно-фотонных лавин и весь цикл повторя­ ются снова. Счетчик переходит в режим самостоятельного разряда. Разность потенциалов, при которой разряд приобретает характер само ­ стоятельного, называется напряжением зажигания.

Рассмотрим счетчики с формой электродов в виде коаксиальных цилиндров или концентрических сфер, анодом в которых является элек­ трод с меньшим радиусом. В этом случае ионизационные явления про­ исходят вблизи анода и при некоторых условиях вокруг него может возникнуть свечение - коронный разряд. В счетчиках Гейгера попада­ ние электрона или ионизирующего излучения в газоразрядный промежу­ ток вызывает вспышку коронного разряда.

16