क्षेत्र उत्सर्जन

Field Emission

फ़ील्ड उत्सर्जन, जिसे फाउलर-नॉर्डहाइम (एफएन) उत्सर्जन के रूप में भी जाना जाता है, एक बहुत दृढ विद्युत क्षेत्र स्थापित होने पर किसी सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन का एक तंत्र है।

क्षेत्र उत्सर्जन

कोल्ड-कैथोड किस्म के प्रबुद्ध कॉम्पैक्ट फ्लोरोसेंट लैंप (सीएफएल) की एक तस्वीर

क्षेत्र उत्सर्जन,एक ऐसी घटना है जिसमें उच्च विद्युत क्षेत्र के अधीन होने पर किसी सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं। यह उत्सर्जन तब होता है जब किसी पदार्थ से बनी सामग्री की सतह पर उत्पन्न विद्युत क्षेत्र,सामग्री के भीतर इलेक्ट्रॉनों को रखने वाले विभवीय अवरोध, को दूर करने के लिए पर्याप्त रूप से दृढता प्रदर्शित करता है। फ़ील्ड उत्सर्जन इस दृढता का प्रदर्शन ही है और इस घटनाक्रम का उपयोग प्रायः इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप, वैक्यूम ट्यूब और फ़ील्ड उत्सर्जन डिस्प्ले जैसे उपकरणों में किया जाता है।

गणितीय स्पष्टीकरण (फाउलर-नोर्डहाइम समीकरण)

क्षेत्र उत्सर्जन में विद्युतीय प्रवाह रूपी (II) वर्णन फाउलर-नॉर्डहाइम (एफएन) समीकरण द्वारा किया गया है:

$I=A{\frac {A^{2}}{d^{2}}}e^{-{\frac {B}{\sqrt {V}}}}$

जहाँ:

   I उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की धारा है।

   A और B उत्सर्जक सतह की सामग्री और ज्यामिति के लिए विशिष्ट स्थिरांक हैं।

   V लागू वोल्टेज है।

   d उत्सर्जक सतह और एकत्रित इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी है।

स्पष्टीकरण

•    करंट ($I$): फाउलर-नॉर्डहाइम (एफएन) उत्सर्जन समीकरण सामग्री की सतह से उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों (II) के करंट का वर्णन करता है।
•    वोल्टेज ($V$): वीवी लागू वोल्टेज या विद्युत क्षेत्र की ताकत का प्रतिनिधित्व करता है। वोल्टेज बढ़ने से एक मजबूत विद्युत क्षेत्र उत्पन्न होता है, जिससे अधिक इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन हो सकता है।
•    दूरी ($d$): उत्सर्जक सतह और एकत्रित इलेक्ट्रोड या एनोड के बीच की दूरी है। यह उत्सर्जन धारा को निर्धारित करने में भूमिका निभाता है।
•    स्थिरांक $A$ और $B$: ये स्थिरांक उत्सर्जक सतह की सामग्री और ज्यामिति पर निर्भर करते हैं। वे उत्सर्जक की सामग्री और संरचना के लिए विशिष्ट हैं।
•    घातांकीय पद: घातांकीय पद घातांकीय पद $e^{-{\frac {B}{\sqrt {V}}}}$ B सतह पर संभावित अवरोध के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के सुरंग बनाने की संभावना का प्रतिनिधित्व करता है। जैसे-जैसे विद्युत क्षेत्र की ताकत (वीवी) बढ़ती है, सुरंग बनाने की संभावना भी बढ़ती है, जिससे उच्च उत्सर्जन धारा उत्पन्न होती है।
•    ​​ सतह पर संभावित अवरोध के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के सुरंग बनाने की संभावना का प्रतिनिधित्व करता है। जैसे-जैसे विद्युत क्षेत्र की ताकत (वीवी) बढ़ती है, सुरंग बनाने की संभावना भी बढ़ती है, जिससे उच्च उत्सर्जन धारा उत्पन्न होती है।

प्रमुख बिंदु

•    फ़ील्ड उत्सर्जन को एक बहुत मजबूत विद्युत क्षेत्र के कारण किसी सामग्री की सतह से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन की विशेषता है।
•    एफएन समीकरण उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की धारा का गणितीय विवरण प्रदान करता है, जो लागू वोल्टेज, दूरी और सामग्री-विशिष्ट स्थिरांक पर निर्भर करता है।
•    फ़ील्ड उत्सर्जन का उपयोग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, वैक्यूम ट्यूब और फ़ील्ड उत्सर्जन डिस्प्ले सहित विभिन्न अनुप्रयोगों में किया जाता है, जहां इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

संक्षेप में

उन उपकरणों के डिज़ाइन और संचालन में क्षेत्र उत्सर्जन को समझना महत्वपूर्ण है जो उच्च विद्युत क्षेत्रों के तहत सतहों से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन पर निर्भर करते हैं।