emissióne (fisica)
Indice
Emissione elettromagnetica
Fenomeno che si verifica quando atomi o nuclei che si trovano in stati a energia superiore (stati eccitati), passano alla minima consentita al sistema (stato fondamentale) o comunque a un livello energetico inferiore. Durante l'emissione viene liberato, sotto forma di radiazione elettromagnetica, l'eccesso di energia e l'atomo o il nucleo decadono al livello inferiore. La gamma delle frequenze emesse va da quelle dei raggi X e ultravioletti fino a quelle dei raggi infrarossi per sistemi atomici; le frequenze sono quelle dei raggi γ per sistemi nucleari (irraggiamento). Di particolare interesse è l'emissione termica, cioè l'irradiazione di energia elettromagnetica da parte di un corpo, dipendente dalla sua natura e dalla sua temperatura assoluta T. Oltre a questo tipo di emissione si ha, negli atomi radioattivi, emissione di particelle, quali elettroni, particelle alfa, neutrini, ecc. (radioattività).
Emissione elettronica
Fenomeno che si verifica quando si fornisce agli elettroni un'energia sufficiente a superare la barriera di potenziale che li confina all'interno del materiale. Secondo il meccanismo con il quale si fornisce energia, si parla di emissione termoelettronica o termoionica, emissione di campo, emissione fotoelettrica o fotoemissione, emissione secondaria. Nell'emissione termoelettronica gli elettroni acquistano energia di agitazione termica dal reticolo cristallino. All'aumentare della temperatura cresce la probabilità che l'elettrone abbia un'energia superiore a quella della barriera di potenziale EB, e possa essere emesso. La dipendenza della densità di corrente termoelettronica J dalla temperatura assoluta T è data dalla legge di Richardson-Dushmann: J=BT² e‒(B–EF) / kT. In questa relazione B è una costante di proporzionalità, EF l'energia del livello di Fermi e k la costante di Boltzmann. La differenza EB-EF, detta funzione di lavoro o lavoro di estrazione del materiale, rappresenta l'energia che deve essere fornita a un elettrone dotato dell'energia di Fermi per portarlo nelle condizioni energetiche di un elettrone libero nel vuoto (livello del vuoto) e dipende dal materiale considerato. In pratica, per ottenere apprezzabili correnti termoelettroniche, occorre portare a 1000 °C e più materiali a bassa funzione di lavoro, come il tungsteno, il tungsteno attivato al torio, le miscele di ossidi di bario e stronzio; le densità di corrente ottenibili sono dell'ordine dell'A/cm² "Vedi disegno vol. IX, pag. 36" . "Per la figura 1 vedi il lemma dell'8° volume." Utilizzano l'emissione termoelettronica tutti i componenti a catodo caldo (tubi a vuoto, tubi a raggi catodici, cinescopi televisivi, tubi da ripresa, ecc.). L'emissione di campo si verifica a freddo quando al materiale è applicato dall'esterno un campo elettrico così intenso da abbassare la barriera di potenziale e contemporaneamente ridurne sensibilmente l'estensione. Per campi elettrici dell'ordine di 106V/cm tale estensione si riduce a un centinaio di Å e gli elettroni hanno un'apprezzabile probabilità di attraversare la barriera per effetto tunnel. La corrente di campo così emessa è I=AEoe-B/Eo, dove Eo rappresenta il valore del campo e A, B costanti proprie del materiale. L'emissione di campo è utilizzata in alcuni tubi a catodo freddo e per produrre elevati impulsi di corrente nei generatori di raggi X. Quando il campo elettrico agisce in concomitanza a emissione termoelettronica, si ha un aumento di quest'ultima: si parla in questo caso di emissione per effetto Schottky. L'emissione fotoelettrica consiste nella produzione di coppie elettrone-lacuna da parte dei quanti di radiazione assorbiti nel materiale, e nella successiva diffusione dell'elettrone fino alla superficie dove avviene l'emissione se l'energia E dell'elettrone è superiore a un determinato valore (fotoelettricità). Un altro effetto simile all'emissione fotoelettrica è l'effetto fotoelettrico interno, che consiste nella produzione di coppie di portatori di carica resi disponibili per la circolazione di corrente entro il dispositivo. Sono basati sull'effetto fotoelettrico interno i fotodiodi e i dispositivi fotoconduttori per il visibile e l'infrarosso. Nell'emissione secondaria, l'eccitazione è formata da un elettrone di media energia (100-1000 eV) che, penetrando nel materiale, produce per ionizzazione nelle immediate vicinanze della superficie un discreto numero (3÷20) di elettroni secondari a energia sufficiente (1÷3eV) per l'emissione. Buoni emettitori sono le superfici composte, per esempio CsSb, AgMgO, BeCuO. La curva della resa per emissione secondaria in funzione dell'energia dell'elettrone incidente presenta un massimo "Per la figura 2 vedi il lemma dell'8° volume.," "Vedi disegno vol. IX, pag. 36" in quanto per energie elevate gli elettroni secondari sono prodotti in profondità ed è piccola la probabilità di emissione. L'emissione secondaria è usata nella catena di moltiplicazione a dinodi dei fotomoltiplicatori e di alcuni tubi da ripresa per televisione.