Un cañón de electrones (también llamado emisor de electrones ) es un componente eléctrico en algunos tubos de vacío que produce un haz de electrones estrecho y colimado que tiene una energía cinética precisa .
El uso más importante es en los tubos de rayos catódicos (TRC), utilizados en televisores antiguos , pantallas de ordenador y osciloscopios , antes de la llegada de las pantallas planas . Los cañones de electrones también se utilizan en las pantallas de emisión de campo (FED) , que son esencialmente pantallas planas hechas de filas de tubos de rayos catódicos extremadamente pequeños. También se utilizan en tubos de vacío de haz lineal de microondas como klistrones , tubos de salida inductiva , tubos de ondas viajeras y girotrones , así como en instrumentos científicos como microscopios electrónicos y aceleradores de partículas .
Los cañones de electrones se pueden clasificar por el tipo de generación de campo eléctrico (DC o RF), por mecanismo de emisión ( termiónico , fotocátodo , emisión fría , fuente de plasmas ), por enfoque (electrostático puro o con campos magnéticos) o por el número de electrodos.
Un cañón de electrones termoiónico electrostático de corriente continua está formado por varias partes: un cátodo caliente , que se calienta para crear una corriente de electrones a través de la emisión termoiónica ; electrodos que generan un campo eléctrico para enfocar el haz de electrones (como un cilindro Wehnelt ); y uno o más electrodos de ánodo que aceleran y enfocan aún más el haz. Una gran diferencia de voltaje entre el cátodo y el ánodo acelera los electrones alejándolos del cátodo. Un anillo repulsivo colocado entre los electrodos enfoca los electrones en un pequeño punto en el ánodo, a expensas de una menor intensidad del campo de extracción en la superficie del cátodo. A menudo hay un orificio a través del ánodo en este pequeño punto, a través del cual pasan los electrones para formar un haz colimado antes de llegar a un segundo ánodo, llamado colector. Esta disposición es similar a una lente Einzel .
Un cañón de electrones de RF [1] consta de una cavidad de microondas , ya sea de una sola celda o de varias celdas, y un cátodo . Para obtener una menor emitancia del haz a una corriente de haz dada, se utiliza un fotocátodo . [2] Un cañón de electrones de RF con un fotocátodo se denomina fotoinyector .
Los fotoinyectores desempeñan un papel fundamental en las instalaciones de física de aceleradores de emisión de haces pequeños y láseres de electrones libres de rayos X.
El uso más común de los cañones de electrones es en los tubos de rayos catódicos , que se usaban ampliamente en los monitores de computadoras y televisores antes de la llegada de las pantallas planas. La mayoría de los tubos de rayos catódicos en color incorporan tres cañones de electrones, cada uno de los cuales produce un flujo de electrones diferente. Cada flujo viaja a través de una máscara de sombra donde los electrones inciden sobre un fósforo rojo, verde o azul para iluminar un píxel de color en la pantalla. El color resultante que ve el espectador será una combinación de estos tres colores primarios .
Un cañón de electrones también se puede utilizar para ionizar partículas mediante la adición o eliminación de electrones de un átomo . Esta tecnología se utiliza a veces en espectrometría de masas en un proceso denominado ionización electrónica para ionizar partículas vaporizadas o gaseosas . Los cañones de electrones más potentes se utilizan para soldadura, revestimiento de metales, impresoras 3D de metal , producción de polvo metálico y hornos de vacío.
Los cañones de electrones también se utilizan en aplicaciones médicas para producir rayos X utilizando un linac (acelerador lineal); un haz de electrones de alta energía impacta un objetivo, estimulando la emisión de rayos X.
Los cañones de electrones también se utilizan en amplificadores de tubo de ondas viajeras para frecuencias de microondas. [3]
Se puede utilizar un nanoculombiómetro en combinación con una copa Faraday para detectar y medir los haces emitidos por los cañones de electrones y los cañones de iones .
Otra forma de detectar haces de electrones de un cañón de electrones es utilizando una pantalla de fósforo que brillará cuando sea golpeada por un electrón.