تفنگ الکترونی گسیل میدانی

تعداد بازدید: 1934
چهارشنبه 03 دي 1393

تفنگ الکترونی گسیل میدانی

تفنگ الکترونی گسیل میدانی (Field Emission Gun) یا FEG بر اساس پدیده تونلی (تونل زنی) کار می کند. نخستین اطلاعات علمی در رابطه با پدیده تونلی، توسط دانشمندی به نام وود در سال 1897 میلادی کشف گردید. تقریبا 80 سال پس از کشف پدیده مذکور، ساخت و تولید تجاری تفنگ هایی که در آن ها از آثار پدیده تونلی استفاده می شد، آغاز گردید. این کار در نتیجه تحقیقات گسترده دانشمندانی چون کرو، اگنبرگر، وال و ولتر در سال 1968 انجام شد. پیش از آن، در سال 1954 دانشمندی به نام هیبی توانست با ترکیب فرآیند گسیل گرمایونی و تونلی در یک سیم نوک تیز تنگستنی، امکان تولید الکترون با روشنایی مناسب را بدست آورد. در همان سال بود که دو دانشمند دیگر، تولید الکترون به وسیله پدیده تونلی را به تنهایی، آزمایش کردند اما مشکلات کار سیستم های مورد استفاده در تولید الکترون به روش های فوق، خصوصا خلاء بسیار بالای مورد نیاز آن ها، منجر به تاخیرهای طولانی و پیشرفت کند این تفنگ ها شد.

در تفنگ الکترونی گسیل میدانی، دو آند تعبیه شده است. به اولین آند (آند استخراج کننده) ولتاژ مثبت V1 اعمال می گردد، این آند نقش کنترل کننده جریان انتشار را ایفا می کند. به همین ترتیب به آند دوم، ولتاژ V0 اعمال می شود. ولتاژ آند دوم، تعیین کننده انرژی نهایی پرتو الکترونی است. شکل آندهای تفنگ الکترونی مذکور، بر مبنای تئوری ارائه شده توسط بولتر، طوری طراحی شد. با استفاده از این طراحی و در شرایطی که میدان الکتریکی بین دو آند به نحو مناسبی تعیین شده باشد، امکان رخداد خطای کروی به حداقل خود خواهد رسید.

 

تفنگ الکترونی گسیل میدانی

تفنگ الکترونی گسیل میدانی  

نوک منتشر کننده الکترون در این فیلامان، از یک سیم تنگستنی به قطر 0.125 میلیمتر تشکیل شده بود که روی یک سیم تنگستنی U شکل جوش داده می شد. برای نازک کردن سر سیم تنگستنی دو مرحله کار روی آن انجام می گرفت:

1- اچ الکترولیتی در محلول هیدروکسید سدیم

2- شکل دهی نهایی توسط عملیات حرارتی در خلا

با انجام این مراحل، قطر نوک به 0.2-0.1 میکرومتر می رسید که نسبت به فیلامان های انتشار میدانی امروزی، بسیار زیاد بود. بنابراین از یک مدل تکمیلی برای نازک تر کردن نوک فیلامان استفاده شد. در روش مذکور، پالس هایی از یک جریان گرم کننده از پایه تنگستنی عبور می کرد و همزمان ولتاژ مثبتی (معادل 8-3 کیلو ولت نسبت به آند) به نوک فیلامان اعمال می شد. تحت این شرایط و با وارد عمل شدن بایاس معکوس، امکان کاهش شعاع نوک فیلامان تا 0.06 میکرومتر فراهم شد.

 این نوع تفنگ الکترونی در میکروسکوپ هایی با خلاء کاری 9-10 تور مورد استفاده قرار می گیرند. حسن این نوع فیلامان، در آن است که در صورت کاهش کیفیت پرتوی تولیدی، تنها با تغییر ولتاژهای اعمالی، می توان قطر نوک فیلامان را اصلاح کرد. لازم به توضیح است، فاصله زمانی عملیات اصلاح نوک فیلامان به شدت وابسته به خلاء کاری بوده و با آن نسبت عکس دارد.

قطر پرتوی الکترونی که در تفنگ های مورد بحث به دست می آید به شدت وابسته به نسبت ولتاژ دو آند تفنگ بوده و به صورت تئوری قابل ملاحظه است. مثلا اگر نسبت ولتاژ آند اول به آند دوم 12 باشد، قطر پرتو الکترونی معادل 2-10 میکرون محاسبه می شود که این مقدار در عمل به 2-10 × 2.5 میکرون می رسد. نشان داده شده است که پرتویی با این مشخصات دارای روشنایی معادل صد تا هزار برابر روشنایی پرتوی تولید شده در تفنگ های ترمویونی فیلامان تنگستنی است. شاید این اعداد در عمل دستخوش تغییر شوند، اما، روشنایی بسیار بالای تفنگ های انتشار میدانی نسبت به تفنگ های انتشار حرارتی، مسلم و اجتناب ناپذیر است.

تفنگ شاتکی

پرتوی الکترونی تولید شده در یک تفنگ گسیل میدانی، از کیفیت بالایی برخوردار است اما، باید در نظر داشت که خلاء کاری بالای مورد نیاز این تفنگ ها، مشکل قابل توجهی ایجاد می کند. دانشمندان برای این مشکل راه حلی را پیشنهاد کردند که طبق آن به جای استفاده از پدیده تونلی در خلاء بالا و یا استفاده از پدیده گسیل گرمایونی در دمای بالا، از مجموع دو پدیده در شرایط بهینه استفاده شود. این طرح که در نتیجه زحمات محققان بسیاری ارائه شد، زمینه ساز تولید تفنگ هایی تحت عنوان تفنگ های انتشار حرارتی - میدانی شد. تعیین شرایط بهینه کاری برای این تفنگ ها، زمان بسیار زیادی را به خود اختصاص داد که در نتیجه آن مشخص گردید، در دمای 1800 درجه کلوین و فشار 9-10 تور می توان تفنگ های انتشار حرارتی - میدانی، با پرتو مناسب و عمر کافی داشت. تفنگ های اخیر به نام سازنده آن ها، تفنگ شاتکی یا تفنگ های گسیل میدانی داغ شناسایی می شوند. لازم به توضیح است که فیلامان تفنگ های شاتکی، معمولا دارای پوششی از جنس اکسید زیرکونیوم است که با افزایش دمای کاری شرایط محافظتی بهتری را فراهم می‏کند.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

فرهاد گلستانی فرد، روش های شناسایی و آنالیز مواد، انتشارت دانشگاه علم و صنعت، 1383.

مریم کرباسی، میکروسکوپ الکترونی روبشی و کاربردهای آن در علوم مختلف و فناوری نانو، مرکز انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان، 1388.

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

تفنگ الکترونی گسیل میدانی از دید wikipedia.com

A field emission gun is a type of electron gun in which a sharply-pointed Müller-type emitter is held at several kilovolts negative potential relative to a nearby electrode, so that there is sufficient potential gradient at the emitter surface to cause field electron emission. Emitters are either of cold-cathode type, usually made of single crystal tungsten sharpened to a tip radius of about 100 nm, or of the Schottky type, in which thermionic emission is enhanced by barrier lowering in the presence of a high electric field. Schottky emitters are made by coating a tungsten tip with a layer of zirconium oxide, which has the unusual property of increasing in electrical conductivity at high temperature. In electron microscopes, a field emission gun is used to produce an electron beam that is smaller in diameter, more coherent and with up to three orders of magnitude greater current density or brightness than can be achieved with conventional thermionic emitters such as tungsten or lanthanum hexaboride (LaB6)-tipped filaments. The result in both scanning and transmission electron microscopy is significantly improved signal-to-noise ratio and spatial resolution, and greatly increased emitter life and reliability compared with thermionic devices...more

کاتد گسیل میدانی
کاتد انتشار میدانی
تفنگ شاتکی
کاتد شاتکی
تفنگ الکترونی انتشار میدانی
برچسب ها: میکروسکوپ الکترونیتفنگ الکترونیروش های آنالیز و شناسایی مواد
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97   ...بیشتر
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی ساختمان و صنایع سرمایشی و گرمایشی مشهد 97
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی مشهد 97 &n ...بیشتر
بازديد دكتر خدابخش استاندار اذربايجان شرقی از مجتمع تجاری رفاهی باراما، گلزار شهدای شهر سهند، روستای تاريخی كندوان
بازديد دكتر خدابخش استاندار اذربايجان شرقی از مجتمع تجاری رفاهی باراما، گلزار شه ...بیشتر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1397
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
بیست و سومین نمایشگاه بین المللی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی تهران 97
بیست و سومین نمایشگاه بین المللی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی تهران 97   ...بیشتر
بیست و یکمین دوره نمایشگاه بین المللی حرارتی، برودتی و سیستم های تهویه تبریز 97
بیست و یکمین دوره نمایشگاه بین المللی حرارتی، برودتی و سیستم های تهویه تبریز 97 ...بیشتر
هفدهمین همایش روز ملی حمایت از حقوق مصرف کنندگان
  درباره همایش با توجه به تغییر و تحولات هر کشوری در مسیر توسعه ا ...بیشتر
دریافت لوح تقدیر هفدهمین همایش روز ملی حمایت از حقوق مصرف کنندگان
پاکمن مفتخر به دریافت لوح تقدیر و گواهینامه هفدهمین همایش روز ملی حمایت از حقوق ...بیشتر
هشتمین دوره نمایشگاه ساختمان، برق، تاسیسات آب و فاضلاب اردبیل 96
عنوان: نمایشگاه ساختمان، برق، تاسیسات آب و فاضلاب اردبیل 96 شهر:  ...بیشتر
سومین کنفرانس ملی تهویه مطبوع و تاسیسات حرارتی و برودتی
عنوان: سومین کنفرانس ملی تهویه مطبوع و تاسیسات حرارتی و برودتی شهر: ق ...بیشتر
اولین نیروگاه خورشیدی یزد به بهره برداری رسید
اولین نیروگاه خورشیدی استان یزد با حضور اسحاق جهانگیری معاون اول رییس جمهور و جم ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر