1. При бомбардировке поверхностей металлов, полупроводников или диэлектриков пучком электронов наблюдается испускание вторичных электронов. Это явление называется вторичной электронной эмиссией (в электронных лампах его чаще называют динатронным эффектом, см. предыдущий параграф). В пучке эмиттируемых электронов наблюдаются три группы электронов: 1) электроны, упруго отраженные поверхностью эмиттера; 2) неупруго отраженные электроны; 3) вторичные электроны, т.е. такие электроны, которые выбиваются из эмиттера первичными электронами. Для количественного описания явления принято вводить коэффициент вторичной эмиссии $\sigma$. Так называют отношение $\sigma$ полного количества электронов $N$, испущенных эмиттирующей поверхностью, к числу первичных электронов $N_{0}$ :
\[
\sigma=\frac{N}{N_{0}} .
\]

Коэффициент вторичной электронной эмиссии зависит от природы, изготовления и от состояния поверхности облучаемого тела, а также от скорости электронов в падающем пучке и от угла падения последнего. Коэффициент $\sigma$ не зависит от интенсивности пучка первичных электронов, если эта интенсивность не настолько велика, чтобы приводить к испарению и разрушению поверхности тела. Начальная энергия основной доли вторичных электронов, вышедших из эмитте$\mathrm{pa}$, составляет несколько электронвольт и в широком интервале не зависит от энергии первичных электронов. Первичные электроны, проникая внутрь бомбардируемого вещества, возбуждают на своем пути электроны эмиттера. Число электронов, возбуждаемых на единице пути первичного электрона, возрастает к концу пробега последнего. Именно здесь зарождается основная доля вторичных электронов, которые затем при благоприятных условиях могут выйти наружу. Чем больше скорость $v$ первичных электронов, тем глубже они проникают в облучаемое тело и тем больше возбуждают вторичных электронов. Но, поскольку освобождение электронов происходит в более глубоких слоях тела, уменьшается вероятность выхода их наружу. Этим объясняется, почему коэффициент вторичной эмиссии сначала возрастает с увеличением скорости $v$ первичных электронов, затем достигает размытого максимума, а при дальнейшем возрастании скорости $v$ снова уменьшается. Аналогично объясняется возрастание коэффициента $\sigma$ с увеличением угла падения первичных электронов: при скользящем падении первичного пучка вторичные электроны возникают в среднем ближе к поверхности эмиттера, чем при нормальном падении. Для отчетливого наблюдения этого явления необходимо, конечно, чтобы поверхность эмиттера была достаточно гладкой.

Вторичная электронная эмиссия из толстых слоев металла всегда больше, чем из тонких металлических пленок, нанесенных на поверхность стекла. С увеличением толщины пленки до определенного предела эмиссия возрастает. Однако начиная с этого предела она становится такой же, как и у толстых металлических тел. Поэтому, экспериментируя с пленками, можно оценить толщину поверхностного слоя металла, из которого происходит эмиссия вторичных электронов. Таким путем найдено, что в металлах эта толщина не превосходит $5 \cdot 10^{-6} \mathrm{~cm}$.

Выход вторичных электронов, образовавшихся внутри эмиттера, в сильной степени зависит от природы последнего. В металлах, где велика концентрация электронов проводимости, вторичные электроны часто сталкиваются с ними и растрачивают свою энергию. В этих условиях вероятность выхода вторичных электронов наружу мала. Напротив, в полупроводниках и диэлектриках концентрация электронов проводимости мала, столкновения с ними происходят реже, а вероятность выхода электронов из эмиттера возрастает в несколько раз. Поэтому не существует металлов с большими коэффициентами $\sigma$ и эффективные эмиттеры встречаются только среди полупроводников и диэлектриков. Значение $\sigma$ в максимуме для всех чистых металлов не превышает 2, а для некоторых металлов даже меньше единицы. Так, для меди $\sigma_{\text {макс }}=1,29$, никеля 1,25 , серебра 1,47 , платины 1,78 , бериллия 0,53 , алюминия 0,97 . У полупроводников $\sigma_{\text {макс }}$ может достигать 10 и больше. Для получения сильной вторичной эмиссии на практике применяются сложные катоды (эмиттеры), состоящие из металлической подложки, на которой химическим путем и специальной обработкой создан тонкий слой полупроводника. Таковы, например, сурвмяно-иезиевые эмитте$p$, получаемые обработкой сурьмы в парах цезия, серебряно-цезиевые эмиттерь, изготовляемые путем окисления серебра с последующей обработкой цезием, и другие аналогичные эмиттеры. Для таких эмиттеров $\sigma_{\text {макс }} \sim 10$.
2. Вторичная электронная эмиссия используется в фотоэлектронных умножителях (ФЭУ), предназначенных для усиления слабых электрических токов. Этот прибор представляет собой вакуумную трубку с катодом $K$ и анодом $A$, между которыми расположено несколько электродов, эмиттирующих вторичные электроны (рис. 232). На эти электроды подается электрическое напряжение посредством делителей Д. Падающее электромагнитное излучение вырывает электроны с поверхности катода. Под действием электрического поля слабый электронный пучок ускоряется и направляется к эмиттеру $\vartheta_{1}$, на котором происходит вторичная электронная эмиссия. Электроны с первого эмиттера направляются на второй эмиттер $Э_{2}$, где происходит вторичное усиление, и т. д. В результате получается усиленный во много раз (от $10^{5}$ до $10^{9}$ ) фототок, который и снимается с анода $A$.

3. Вторичная электронная эмиссия возникает не только при бомбардировке эмиттера электронами, но и при бомбардировке тяжелыми частицами – положительными и отрицательными ионами. Коэффициент
Рис. 232

вторичной эмиссии, т. е. среднее число электронов, вырываемых одной первичной частицей, здесь меньше, чем при бомбардировке электронами. Эмиссия электронов возникает также при облучении поверхности тела светом и другими короткими электромагнитными волнами ( $ф о$ тоэлектрический эффект). Это явление будет рассмотрено в т. V, ч. I нашего курса.
4. Эмиссия электронов из поверхности металлов может происходить под действием силъного электрического поля, вырывающего электроны из металла. Это явление называется автоэлектронной, или холодной, эмиссией. Для его наблюдения может служить хорошо откачанная вакуумная трубка, катодом которой служит металлическое острие, а анодом – обычный электрод с плоской или мало изогнутой поверхностью. При наложении напряжения на трубку у поверхности катода возникает сильное электрическое поле. Для оценки его числового значения катод можно считать маленьким шариком, а анод – удаленным в бесконечность. Если $a$ – радиус шарика, а $V$ – напряжение на трубке, то заряд шарика будет $q=V a$, а напряженность электрического поля на расстоянии $r$ от центра шарика $E=q / r^{2}=V a / r^{2}$. На самой поверхности шарика $E=V / a$. Пусть, например, радиус кривизны кончика острия $a=10^{-2}$ мм. Тогда при напряжении $V=1000 \mathrm{~B}$ у поверхности катода возникнет поле $E \sim 10^{6} \mathrm{~B} /$ см. Если постепенно повышать напряжение на трубке, то при напряженности поля у поверхности катода $E \sim 10^{5}-10^{6} \mathrm{~B} /$ см в трубке возникает слабый ток, обусловленный автоэлектронной эмиссией с поверхности катода. Сила этого тока быстро увеличивается с повышением напряжения на трубке. Ток возникает и при холодном катоде По этой причине эмиссия и называется холодной. При дальнейшем повышении напряжения катод начинает сильно нагреваться и испаряться, а в трубке возникает газовый разряд. Объяснение механизма автоэлектронной эмиссии возможно только на основе волновой (квантовой) механики.